Данное изобретение относится к области радиотехники, в частности к сверхширокополосным антеннам СВЧ диапазона, и может найти применение как самостоятельная антенна, так и в составе фазированных антенных решеток, в метрологических задачах, в системах связи, радиодефектоскопии, в задачах радиомониторинга и в задачах электромагнитной совместимости (ЭМС).
Известна антенна (патент Англии №1601441, кл. МКИ Н 01 Q 13/20, НКИ H 1 Q, 1981 г.), выполненная на основе печатной симметричной щелевой линии, экспоненциально расширяющейся от входной линии передачи к раскрыву антенны. Переход с симметричной щелевой линии на коаксиальный соединитель осуществляется через микрополосковую линию, установленную ортогонально по отношению к симметричной щелевой линии, и расположенную на другой стороне диэлектрической подложки.
Недостатком такой антенны является значительный уровень кросполяризационной составляющей электрического поля, относительная узкополосность перехода с симметричной щелевой линии на микрополосковую, значительная неравномерность характеристики согласования в рабочей полосе частот, 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 микрополосковую линию, которая подключена к коаксиальному соединителю.
Недостатками известного технического решения являются: невысокий коэффициент усиления (КУ), значительный уровень кросполяризационной составляющей электрического поля, значительный уровень обратного и бокового излучения, значительный уровень фона, невозможность формирования линейной фазочастотной характеристики, запитка антенны - несимметричная линия передачи.
Технической задачей данного изобретения является создание антенны с повышенным КУ, с низким уровнем кроссполяризационной составляющей электрического поля, с низким уровнем обратного и бокового излучения, с низким уровнем фона, с возможностью формирования линейной фазо-частотной характеристики, с запиткой антенны симметричной линией передачи.
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 1, а линия, соответствующая пересечению второй и третьей координатных плоскостей, является продольной координатой антенны, при этом поверхности первой и второй основных металлических пластин, первыми боковыми кромками со стороны третьей координатной плоскости, в направлении продольной координаты антенны на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности, параллельной первой координатной плоскости, 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, параллельной первой координатной плоскости, вдоль продольной координаты антенны расположена на третьей координатной плоскости, а первая боковая кромка второй основной металлической пластины на отрезке от первой координатной поверхности до третьей координатной поверхности на третьей координатной плоскости и к ней подсоединен центральный проводник отрезка входной линии передачи, при этом введена вторая дополнительная металлическая пластина с подключенным к ней отрезком дополнительной входной линии передачи, идентичные второй основной металлической пластине с подключенным к ней отрезком входной линии передачи, которая установлена в нижней полуплоскости второй координатной плоскости и размещена между первой координатной плоскостью и третьей координатной поверхностью идентично расположению первой основной металлической пластине, при этом на входе антенны отрезок входной линии передачи гальванически соединен с отрезком дополнительной входной линии передачи.
В основу антенны положена антиподная щелевая линия (АЩЛ), например описанная (LANGLEY J D S ЕТ: «Balansced antipodal Vivaldi antenna for wide bandwidth phased arrays», IEE Proceeding: Microwaves, Antennas and Propagation, IEE, Stevenage, Herts, GB. vol.143, no.2, 18 April 1996 (1996-04-18), pages 97-102) и (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).).
Антенна структурно состоит из трех плоскопараллельных металлических пластин - одна земляная и две активные, к которым подсоединена входная и входная дополнительная линии передачи соответственно. Расположение пластин антенны в прямоугольной системе координат - одна первая в верхней и две вторых в нижней полуплоскостях соответственно, адекватно двум АЩЛ с общей земляной пластиной (первая основная), что соответствует двухуровневой антиподной щелевой линии (ДАЩЛ) с полной электрической и геометрической симметрией относительно первой основной металлической пластины.
Излучающая часть антенны представляет собой две с общей землей секторного типа ДАЩЛ 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 основной и второй основной и дополнительной металлических пластин, образующих ДАЩЛ, находятся друг против друга. От первой координатной поверхности до второй координатной поверхности вдоль продольной координаты антенны первая основная и вторая основная и дополнительная металлические пластины представляют собой ДАЩЛ без перекрытия и к первой боковой кромки второй основной и дополнительной металлическим пластинам подсоединен центральный проводник отрезка входной дополнительной линии передачи соответственно, а поверхность первой основной металлической пластины является для них общим земляным проводником. На входе центральный проводник входной и входной дополнительной линий передачи гальванически соединены между собой.
Таким образом, антенна представляет собой последовательное согласованное соединение двух типов ДАЩЛ: ДАЩЛ без перекрытия, от максимального раскрыва (первая координатная плоскость) до точки с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность), где происходит плавный переход в ДАЩЛ с нулевым перекрытием. В области перехода происходит трансформация волны волноводного типа Н10 в ДАЩЛ без перекрытия в волну волноводного типа Н10 в ДАЩЛ с нулевым перекрытием и с одновременной трансформацией импедансов. В точках подключения центральных проводников входной и входной дополнительной линии передачи (возбуждающего устройства) к второй основной и второй дополнительной металлическим пластинам соответственно происходит согласованная трансформация волны волноводного типа Н10 ДАЩЛ без перекрытия в квази - ТЕМ волну для случая МПЛ, и в ТЕМ волну для коаксиальной линии. На входе, в точке гальванического соединения входной и входной дополнительной линий передачи происходит их синфазное и равноамплитудное возбуждение.
Наличие двух активных - второй основной и второй дополнительной металлических пластин с общей земляной пластиной и первой основной металлической пластиной - позволяет увеличить КУ антенны, уменьшить уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, существенно уменьшить возбуждение высших типов волн и поверхностных волн в области перехода с ДАЩЛ с нулевым перекрытием на отрезок входной и дополнительной входной линии передачи соответственно и тем самым улучшить согласование антенны в рабочем диапазоне частот и уменьшить заднее и боковое излучение, уменьшить фон.
Центральный проводник входной и входной дополнительной линии передачи может быть выполнен, например, на отрезке полосковой линии. Также входная и входная дополнительная линия передачи может быть выполнена на отрезке коаксиальной линии, когда центральный проводник гальванически подсоединен в точке на первой боковой кромке к второй основной и дополнительной металлической пластине соответственно, а внешние проводники - к первой основной металлической пластине.
Антенна может быть выполнена с размещением второй дополнительной металлической пластины на расстоянии S от второй основной металлической пластины со стороны поверхности, противоположной расположению поверхности первой основной металлической пластины, при этом введена первая дополнительная металлическая пластина, идентичная первой основной металлической пластине, которая установлена в верхней полуплоскости второй координатной плоскости и размещена симметрично первой основной металлической пластине относительно координатной поверхности, параллельной второй координатной плоскости, проходящей через координату S/2, расположенную на третьей координатной плоскости.
Антенна состоит из четырех плоскопараллельных металлических пластин - двух первых земляных и двух вторых активных, к которым подсоединена входная и входная дополнительная линия передачи соответственно. Структурно антенна представляет собой две АЩЛ, геометрически расположенные симметрично относительно координатной поверхности прямоугольной системы координат, проходящей через координату S/2, а электрически АЩЛ возбуждаются равноамплитудно и синфазно и включены параллельно.
Излучающая часть антенны представляет собой две АЩЛ секторного типа без перекрытия, каждая из которых плавно сужается от максимального раскрыва (первая координатная плоскость) до точки с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность) и переходит 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 соответствующей трансформацией импедансов, т.е. антенна представляет собой последовательный модо-импедансный трансформатор (Е.И.Нефедов, В.В.Козловский, А.В.Згурский. Микрополосковые излучающие и резонансные устройства. - Киев: Тэхника, 1990. - 160 с.).
В конструкции антенны входная и входная дополнительная линии передачи выполнены, например, на полосковой линии (ПЛ), представляют собой высокодобротную экранированную полосковую линию (ВДЭПЛ) в четном режиме возбуждения. В месте подключения ПЛ к АЩЛ без перекрытия происходит согласованная трансформация волны волноводного типа Н10 в АЩЛ без перекрытия в ТЕМ волну четного типа ВДЭПЛ. Такая антенна имеет низкий уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, высокий КУ, низкий уровень обратного и бокового излучения, низкий уровень фона.
Антенна может быть выполнена с введением симметрирующей металлической пластины, идентичной первой основной металлической пластине, которая установлена в верхней полуплоскости второй координатной плоскости симметрично первой основной металлической пластине относительно второй основной металлической пластине и размещена на координатной поверхности, проходящей через координату S/2.
Антенна структурно состоит из пяти плоскопараллельных металлических пластин - три земляных и две активных, к которым подсоединена входная и входная дополнительная линии передачи соответственно. Расположение пластин антенны в прямоугольной системе координат - две первых и симметрирующая в верхней и две вторых в нижней полуплоскостях соответственно, адекватно двум ДАЩЛ с общей земляной пластиной (симметрирующая металлическая пластина), относительно которой антенна имеет полную электрическую и геометрическую симметрию.
Излучающая часть антенны представляет собой размещенных в одной апертуре два секторного типа с общей землей пластиной ДАЩЛ 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 всех металлических пластин, образующих ДАЩЛ, находятся друг против друга. От первой координатной поверхности до второй координатной поверхности вдоль продольной оси антенны все металлические пластины представляют собой ДАЩЛ без перекрытия. К первой боковой кромки второй основной и второй дополнительной металлическим пластинам подсоединен центральный проводник отрезка входной и входной дополнительной линии передачи соответственно, при этом поверхность первой основной металлической пластины и одна поверхность первой симметрирующей металлической пластины являются земляными проводниками для входной линии передачи, а другая поверхность первой симметрирующей металлической пластины и поверхность первой дополнительной металлической пластины являются земляными проводниками для входной дополнительной линии передачи. На входе центральный проводник входной и входной дополнительной линий передачи гальванически соединены между собой.
Таким образом, имеет место последовательное согласованное соединение двух типов ДАЩЛ: ДАЩЛ без перекрытия, от максимального раскрыва (первая координатная плоскость) до точки с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность), где происходит плавный переход в ДАЩЛ с нулевым перекрытием. В области перехода происходит трансформация волны волноводного типа Н10 в ДАЩЛ без перекрытия в волну волноводного типа Н10 в ДАЩЛ с нулевым перекрытием и с одновременной трансформацией импедансов. В точках подключения центральных проводников - входной и входной дополнительной линии передачи, выполненных, например, на полосковых отрезках, к второй основной и второй дополнительной металлическим пластинам соответственно, для которых первая основная и симметрирующая и первая дополнительная металлические пластины являются земляными и образуют соответственно симметричную полосковую экранированную линию, происходит согласованная трансформация волны волноводного типа Н10 ДАЩЛ без перекрытия в ТЕМ волну симметричной полосковой экранированной линии. На входе в точке гальванического соединения входной и входной дополнительной линий передачи происходит их синфазное и равноамплитудное возбуждение. Такая антенна имеет низкий уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, высокий КУ, низкий уровень обратного и бокового излучения, низкий уровень фона.
Антенна может быть выполнена с установкой двух одинаковых импедансных контррефлекторов, выполненных в виде металлических пластин, которые установлены в нижней полуплоскости второй координатной плоскости между второй координатной поверхностью и третьей координатной поверхностью в плоскости второй основной и второй дополнительной металлической пластины соответственно и разделенных от нее соответствующим зазором.
Два одинаковых импедансных контррефлектора, каждый из которых выполнен в виде металлической пластины, позволяют улучшить согласование антенны в рабочем диапазоне частот, уменьшить уровень заднего и бокового излучения, уменьшить фон.
Антенна может быть выполнена с подключением к второй основной и второй дополнительной металлическим пластинам двух одинаковых нагрузочных импедансных шлейфа соответственно, которые установлены в нижней полуплоскости второй координатной плоскости между второй координатной поверхностью и третьей координатной поверхностью в плоскости второй основной и второй дополнительной металлической пластины соответственно, со стороны третьей координатной поверхности.
Нагрузочный импедансный шлейф может быть подключен к второй основной и второй дополнительной металлическим пластинам соответственно, гальванически или электромагнитно. Электромагнитная связь может быть однородной или неоднородной и выполнена, например, в виде зазора. Установка нагрузочного импедансного шлейфа в антенне позволяет улучшить согласование и уменьшить неравномерность характеристики согласования в рабочем диапазоне частот антенны.
Нагрузочный импедансный шлейф может быть подключен гальванически или электромагнитно к второй основной и второй дополнительной металлической пластине соответственно. Вид связи нагрузочного импедансного шлейфа с металлической пластиной определяется характером реактивного сопротивления и его диапазонными свойствами.
Конструктивно импедансный контррефлектор и нагрузочный импедансный шлейф могут быть выполнены, например, в виде металлической пластины конечной толщины или в печатном исполнении на диэлектрическом материале.
Печатное исполнение антенны позволяет расширить диапазон рабочих частот, повысить механическую прочность, упростить конструкцию, повысить технологическую воспроизводимость.
Антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности каждой основной, дополнительной и симметрирующей металлических пластин 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 с сверхширокополосными сигналами (ШПС) и использоваться в наносекундной радиолокации.
Антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности каждой основной, дополнительной и симметрирующей металлических пластин со стороны первых боковых кромок, который описывается нелинейной функцией.
Нелинейный закон расширения поверхности металлических пластин, например, 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. 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 y=aebx+сdx, 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, бокового и обратного излучения, обеспечить низкий уровень фона, обеспечить высокий уровень согласования в диапазоне рабочих частот антенны.
Антенна может быть выполнена с сужением поверхности каждой основной, дополнительной и первой симметрирующей металлических пластин со стороны боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам соответственно, вдоль продольной координаты антенны в направлении от первой координатной плоскости до третьей координатной поверхности.
Закон сужения поверхности каждой основной, дополнительной и симметрирующей металлических пластин может описываться линейным или нелинейным законом.
Нелинейный закон сужения поверхности каждой металлической пластины, например, 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. 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=aebх+сdx, 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, дает возможность оптимизировать рабочий диапазон частот антенны по уровню согласования, по ДН, минимизировать уровень бокового и обратного излучения, уменьшить уровень БЛ и фон.
Все основные и дополнительные металлические пластины, симметрирующая металлическая пластина и полосковый и дополнительный полосковый проводники входной линий передачи могут быть выполнены конечной толщины. Крепление металлических пластин может осуществляться на диэлектрических стойках, а все пространство может быть заполнено диэлектриком.
При выполнении металлических пластин антенны конечной толщины, то ребро по первой боковой кромки поверхности металлических пластин 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.
Антенна может быть выполнена с установкой с каждой стороны поверхности, внешней по отношению ко второй координатной плоскости, второй основной и второй дополнительной металлической пластины соответственно, внешних диэлектрических пластин.
Антенна может быть выполнена с установкой с каждой стороны поверхности, внешней по отношению ко второй координатной плоскости, первой основной и первой дополнительной металлической пластины соответственно, внешних диэлектрических пластин.
Установка внешних диэлектрических пластин позволяет корректировать согласование антенны со свободным пространством, обеспечивать 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 сочетаниях относительной диэлектрической проницаемости и толщины позволяет формировать многослойные, с послойно-неоднородным диэлектрическим заполнением, антенные структуры, что дает возможность существенно расширить набор конструктивных параметров, определяющих электрические характеристики антенны. Печатное исполнение антенны позволяет обеспечить высокую механическую прочность конструкции, а внешние диэлектрические пластины могут одновременно выполнять функцию защитного покрытия (обтекателя).
Антенна может быть выполнена с установкой Е - плоскостного металлического экрана с каждой стороны поверхности, внешней по отношению ко второй координатной плоскости, второй основной и второй дополнительной металлической пластины соответственно.
Антенна может быть выполнена с установкой Е - плоскостного металлического экрана с каждой стороны поверхности, внешней по отношению ко второй координатной плоскости, первой основной и первой дополнительной металлической пластины соответственно.
Установка в антенне Е-плоскостных металлических экранов позволяет сузить ДН в Е-плоскости, повысить КУ, уменьшить уровень БЛ, обратного излучения.
Е-плоскостные металлические экраны по краям 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 со стороны боковых кромок, противоположных первой боковой кромки и перпендикулярно основным и дополнительным металлическим пластинам и симметрирующей металлической пластине соответственно, вдоль продольной координаты антенны.
Установка в антенне Н-плоскостных экранов позволяет повысить КУ, сузить ДН в Н-плоскости антенны, уменьшить уровень БЛ и обратного излучения.
Антенна может быть выполнена с установкой металлического экрана со стороны третьей координатной поверхности, перпендикулярно основным и дополнительным металлическим пластинам и симметрирующей металлической пластине.
Установка металлического экрана, выполняющего функцию контррефлектора, позволяет сузить ДН, увеличить КУ, существенно уменьшить уровень БЛ и обратного излучения.
Антенна может быть выполнена с установкой основных и дополнительных металлических пластин и симметрирующего металлического экрана 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 трех металлических пластин; на фиг.2 - конструкция антенны, состоящая из четырех металлических пластин; на фиг.3 - конструкция антенны, состоящая из пяти металлических пластин; на фиг.4 - конструкция антенны, например, состоящая из трех металлических пластин с установленными импедансными контррефлекторами; на фиг.5 - конструкция антенны, например, состоящая из трех металлических пластин с установленными импедансными контррефлекторами и гальванически подключенными нагрузочными импедансными шлейфами; на фиг.6 - проекция на вторую координатную плоскость металлических пластин, например, выполненных с линейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок и с установленными импедансными контррефлекторами; на фиг.7 - проекция на вторую координатную плоскость металлических пластин, например, выполненных с линейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок и с установленными импедансными контррефлекторами и гальванически подключенными нагрузочными импедансными шлейфами; на фиг.3 - проекция на вторую координатную плоскость металлических пластин, например, выполненных с нелинейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок с установленными импеданс-ными контррефлекторами и электромагнитно подключенными нагрузочными импедансными шлейфами; на фиг.9 - примеры выполнения неоднородной электромагнитной связи нагрузочного импедансного шлейфа с второй металлической пластиной; на фиг.10 - примеры выполнения импедансного контррефлектора; на фиг.11 - проекция на вторую координатную плоскость металлических пластин с установленными импедансными контррефлекторами и гальванически подключенными нагрузочными импедансными шлейфами и, например, выполненных с нелинейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок и с линейным законом сужения поверхности со стороны боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам; на фиг.12 - проекция на вторую координатную плоскость металлических пластин с установленными импедансным контррефлектором и гальванически подключенным нагрузочным импедансным шлейфом и, например, выполненных с нелинейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок и с нелинейным законом сужения поверхности со стороны боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам; на фиг.13 - вид со стороны апертуры антенны, выполненной на основе трех металлических пластинами в печатном исполнении; на фиг.14 - вид со стороны апертуры антенны, выполненной на основе четырех металлических пластин в печатном исполнении; на фиг.15 - вид со стороны апертуры антенны, выполненной на основе пяти металлических пластин в печатном исполнении; на фиг.16 - вид со стороны апертуры антенны, выполненной на основе, например, трех металлических пластин в печатном исполнении с установкой внешних диэлектрических пластин; фиг.17 - вид со стороны апертуры антенны, выполненной на основе трех металлических пластин конечной толщины с скругленными ребрами; фиг.18 - вид со стороны апертуры антенны, выполненной на основе четырех металлических пластин конечной толщины с скругленными ребрами; фиг.19 - вид со стороны апертуры антенны выполненной на основе пяти металлических пластин конечной толщины с скругленными ребрами; фиг.20 - вид со стороны апертуры антенны, выполненной на основе, например, трех металлических пластин конечной толщины с скругленными ребрами и полностью заполненной диэлектриком; на фиг.21 - пример размещения двух Е-плоскостных металлических экрана на антенну, выполненную, например, на основе трех металлических пластин; на фиг.22 - пример размещения контактных элементов, например, в виде штырей между двумя Е-плоскостными металлическими экранами, например, для антенны, выполненной на основе трех металлических пластин; на фиг.23 - пример размещения двух Н-плоскостных металлических экрана на антенну, например, выполненную на основе трех металлических пластин; на фиг.24 - пример размещения металлического экрана со стороны третьей координатной поверхности и перпендикулярно металлическим пластинам антенны, выполненной, например, на основе трех металлических пластин; на фиг.25 - пример размещения антенны, например, выполненной на основе трех металлических пластин, внутри прямоугольного металлического рупора.
Антенна 1 (фиг.1) содержит первую 2 и вторую 3 основные металлические пластины, размещенные в прямоугольной системе координат, и отрезок входной линии передачи 4, 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 l, а линия, соответствующая пересечению второй 5 и третьей 6 координатных плоскостей, является продольной координатой антенны 1, при этом поверхности первой 2 и второй 3 основных металлических пластин, первыми боковыми кромками 7 со стороны третьей координатной плоскости 6, в направлении продольной координаты антенны 1 на отрезке от первой координатной плоскости 8 до первой координатной поверхности 9, параллельной первой координатной плоскости 8, выполнены расширяющимися, причем точки начала первой боковой кромки 7 поверхности расширения первой 2 и второй 3 основных металлических пластин расположены на первой координатной плоскости 8, а точки окончания первой боковой кромки 7 поверхности расширения первой 2 и второй 3 основных металлических пластин соответственно расположены на прямой пересечения первой координатной поверхности 9 с третьей координатной плоскостью 6, при этом первая боковая кромка 7 первой 2 основной металлической пластины на отрезке от первой координатной поверхности 9 до второй координатной поверхности 10, параллельной первой координатной плоскости 8, вдоль продольной координаты антенны 1 расположена на третьей координатной плоскости 6, а первая боковая кромка 7 второй основной металлической пластины 3 на отрезке от первой координатной поверхности 9 до третьей координатной поверхности 11 расположена на третьей координатной плоскости 6 и к ней подсоединен центральный проводник отрезка входной линии передачи 4, при этом введена вторая дополнительная металлическая пластина 12 с подключенным к ней отрезком дополнительной входной линии передачи 13, идентичные второй основной металлической пластине 3 с подключенным к ней отрезком входной линии передачи 4, которая установлена в нижней полуплоскости второй координатной плоскости 5 и размещена между первой координатной плоскостью 8 и третьей координатной поверхностью 11 идентично расположению второй основной металлической пластине 3, при этом на входе антенны 1 отрезок входной линии передачи 4 гальванически соединен с отрезком дополнительной входной линии передачи 13 перемычкой 14.
В антенне 1 (фиг.2) вторая дополнительная металлическая пластина 12 размещена на расстоянии S от второй основной металлической пластины 3 со стороны поверхности, противоположной расположению поверхности первой основной металлической пластины 2, при этом первая дополнительная металлическая пластина 15, идентичная первой основной металлической пластине 2, которая установлена в верхней полуплоскости второй координатной плоскости 5 и размещена симметрично первой основной металлической пластине 2 относительно координатной поверхности, параллельной второй координатной плоскости 5, проходящей через координату S/2, расположенную на третьей координатной плоскости 6.
В антенне 1 (фиг.3) симметрирующая металлическая пластина 16, идентичная первой основной металлической пластине 2, установлена в верхней полуплоскости второй координатной плоскости 5 и размещена на координатной поверхности, проходящей через координату S/2, при этом симметрирующая металлическая пластина 16 расположена симметрично первой основной металлической пластине 2 относительно второй основной металлической пластины 3.
В антенне 1 (фиг.4) установлено два одинаковых импедансных контррефлектора 17, выполненных в виде металлических пластин, которые установлены в нижней полуплоскости второй координатной плоскости 5 между второй координатной поверхностью 11 и третьей координатной поверхностью 10 в плоскости второй основной 3 и второй дополнительной 12 металлической пластины соответственно, и разделенных от нее соответствующим зазором.
Антенна 1 (фиг.5) выполнена с двумя одинаковыми нагрузочными импедансными шлейфами 18, которые подключены к второй основной 3 и второй дополнительной 12 металлическим пластинам соответственно и установлены в плоскости второй основной 3 и второй дополнительной 12 металлической пластины соответственно, со стороны третьей координатной поверхности 10.
Антенна 1 (фиг.6) выполнена с металлическими пластинами, поверхности которых со стороны первых боковых кромок 7 на отрезке от первой координатной плоскости 8 до первой координатной поверхности 9 расширяются по линейному закону и с установленным импедансным контррефлектором 17.
Антенна 1 (фиг.7) выполнена с металлическими пластинами, поверхности которых со стороны первых боковых кромок 7 на отрезке от первой координатной плоскости 8 до первой координатной поверхности 9 расширяются по линейному закону с гальванически подключенным нагрузочным импедансным шлейфом 18 и установленным импедансным контррефлектором 17.
Антенна 1 (фиг.8) выполнена с металлическими пластинами, поверхности которых со стороны первых боковых кромок 7 на отрезке от первой координатной плоскости 8 до первой координатной поверхности 9 расширяются по нелинейному закону с электромагнитно подключенным нагрузочным импедансным шлейфом 18 и установленным импедансным контррефлектором 17.
Нагрузочный импедансный шлейф 18 антенны 1 связан с второй основной металлической пластиной 3 неоднородной электромагнитной связью, выполненной в виде зазора 19. Варианты электромагнитной связи показаны на фиг.9
Варианты выполнения формы пластины импедансного контррефлектора 17 антенны 1 показаны на фиг.10.
Антенна 1 (фиг.11) выполнена с металлическими пластинами, поверхности которых со стороны первых боковых кромок 7 выполнены с нелинейным законом расширения, а со стороны боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам, с линейным законом сужения и с гальванически подключенным нагрузочным импедансным шлейфом 18 и установленным импедансным контррефлектором 17.
Антенна 1 (фиг.12) выполнена с металлическими пластинами, поверхности которых со стороны первых боковых кромок 7 выполнены с нелинейным законом расширения, а со стороны боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам, с нелинейным законом сужения и с гальванически подключенным нагрузочным импедансным шлейфом 18 и установленным импедансным контррефлектором 17.
Антенна 1 (фиг.13, 14 и 15) выполнена с металлическими пластинами в печатном исполнении на диэлектрических подложках 20.
Антенна 1 (фиг.16) выполнена с металлическими пластинами в печатном исполнении на диэлектрических подложках 20 и с установленными внешними диэлектрическими пластинами 21.
Антенна 1 (фиг.17, 18 и 19) выполнена с металлическими пластинами конечной толщины и скругленными ребрами и с полным диэлектрическим заполнением (фиг.20).
Антенна 1 (фиг.21) выполнена с металлическими пластинами в печатном исполнении с установленными двумя Е-плоскостными металлическими экранами 22.
Антенна 1 (фиг.22) выполнена с металлическими пластинами в печатном исполнении и с установленными двумя Е-плоскостными металлическими экранами 22 и металлическими контактными элементами 23.
Антенна 1 (фиг.23) выполнена с металлическими пластинами в печатном исполнении с установленными двумя Н-плоскостными металлическими экранами 24.
Антенна 1 (фиг.24) выполнена с металлическими пластинами в печатном исполнении и с установленным торцевым металлическим экраном 25.
Антенна 1 (фиг.25) выполнена с установленными в прямоугольный металлический рупор 26 металлическими пластинами, выполненными в печатном исполнении.
На основе антенны 1 можно создавать одномерные и двухмерные антенные решетки (АР).
Антенна работает следующим образом.
Антенна 1 (фиг.1) состоит из двух, расположенных в одной апертуре излучающих структур с общей земляной плоскостью. Каждая из излучающих структур выполнена на основе АЩЛ, образуя таким образом структуру ДАЩЛ. Антенны запитываются равноамплитудно и синфазно.
В режиме излучения антенны 1 (фиг.1) входной СВЧ сигнал равноамплитудно и синфазно через отрезки входной 4 и дополнительной входной 13 линии передачи, например, выполненной на основе несимметричной полосковой линии (НПЛ) с волной типа квази-ТЕМ, поступает в место соединения НПЛ с соответствующей АЩЛ с нулевым перекрытием соответственно. В месте соединения линий осуществляется модо-импедансная трансформация - волна квази-ТЕМ трансформируется в волну волноводного типа Н10 АЩЛ с одновременной трансформацией импедансов. В области перехода с АЩЛ с нулевым перекрытием на плавно расширяющуюся, секторного типа АЩЛ без перекрытия происходит соответствующая трансформация волны волноводного типа Н10 АЩЛ (Janaswamy R., Snaubert D.H., Radio Science, vol.21, №5, Sept-Oct 1986, pp.797-804). Участок АЩЛ без перекрытия, секторного типа является излучающей 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.
Линейный размер раскрыва апертуры (первая координатная плоскость 8) и длина секторной АЩЛ по первой боковой кромки 7 поверхности металлических пластин определяют диапазонные свойства антенны 1, ширину ДН, характеристику согласования, уровень БЛ.
Импедансный контррефлектор 17 антенны 1 позволяет компенсировать обратную волну, распространяющуюся от второй основной 3 и второй дополнительной 12 металлической пластины 3 в направлении второй координатной поверхности 10. Выбором расстояния от металлической пластины 3 до импедансного контррефлектора 17, поперечными геометрическими размерами и формой (фиг.10), определяющей характер импеданса контррефлектора 17, можно осуществлять в широких пределах компенсацию реактивности соответственно второй основной 3 и дополнительной 12 металлических пластин.
Нагрузочный импедансный шлейф 18 антенны 1 может быть связан с соответствующей второй основной 3 и второй дополнительной 12 металлическими пластинами либо непосредственно гальванически либо с однородной или неоднородной электромагнитной связью. Варианты электромагнитной связи показаны на фиг.9. Выбирая вид связи и характер импеданса нагрузочного импедансного шлейфа 18, можно в широких пределах дополнительно нагружать реактивностью вторую основную 3 и вторую дополнительную 12 металлические пластины соответственно.
Импедансный контррефлектор 13 и нагрузочный импедансный шлейф 16 в антенне 1 выполняют функции согласующих элементов, что позволяет улучшить электрические характеристики антенны 1.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| АНТЕННА | 2003 |
|
RU2250541C1 |
| АНТЕННА | 2005 |
|
RU2298268C1 |
| АНТЕННА | 2003 |
|
RU2234172C1 |
| АНТЕННА | 2003 |
|
RU2234173C1 |
| АНТЕННА | 2002 |
|
RU2207670C1 |
| ПЕЧАТНАЯ АНТЕННА | 2009 |
|
RU2400876C1 |
| РУПОРНАЯ АНТЕННА | 2003 |
|
RU2250542C1 |
| АНТЕННА | 2000 |
|
RU2182392C1 |
| АНТЕННА | 2009 |
|
RU2409880C1 |
| АНТЕННА | 2020 |
|
RU2747157C1 |
Изобретение относится к области сверхширокополосных антенн СВЧ диапазона и может найти применение в составе фазированных антенных решеток для систем связи, сверхширокополосной радиолокации и метрологии. Техническим результатом является создание антенны с высоким коэффициентом усиления, с низким уровнем кроссполяризационной составляющей электрического поля, с низким уровнем обратного и бокового излучений, с низким уровнем фона, с возможностью формирования линейной фазочастотной характеристики. Антенна содержит первую, вторую основные и вторую дополнительную металлические пластины и отрезок входной и дополнительной входной линии передачи, которые одними концами подключены к второй основной и второй дополнительной металлической пластины соответственно, а с другой стороны соединены перемычкой, при этом поверхности первой и второй основных и второй дополнительной металлических пластин первыми боковыми кромками в направлении продольной координаты антенны выполнены расширяющимися, причем первая боковая кромка первой основной металлической пластины на отрезке от первой координатной поверхности до второй координатной поверхности и первая боковая кромка второй основной и второй дополнительной металлических пластин на отрезке от первой координатной поверхности до третьей координатной поверхности расположены на третьей координатной плоскости. Описан вариант антенны с введенной дополнительной первой металлической пластиной, которая установлена симметрично первой основной металлической пластине относительно координатной поверхности, параллельной второй координатной плоскости. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 25 ил.
| US 5278575 А, 31.03.1993 | |||
| АНТЕННА | 2000 |
|
RU2182392C1 |
| DE 3215323 A, 28.07.1983 | |||
| УСТРОЙСТВО для чистки ВНУТРЕННЕЙ | 0 |
|
SU301216A1 |
