ПОЛОСКОВАЯ ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2011 года по МПК H01Q9/00 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, а именно к антеннам с частотным сканированием, и может быть использовано в различных радиотехнических системах, в том числе радиотехнических системах связи, радиолокации, радионавигации и др., базирующихся как на неподвижных, так и на подвижных объектах.

Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является полосковая щелевая антенна, содержащая экранирующий корпус со щелью вдоль продольной оси, изолятор, проводник в виде цилиндрической спирали, два коаксиальных разъема и согласованную нагрузку.

Недостатком данной конструкции является отсутствие суммарного и разностного канала. Наличие разностного канала повышает точность определения угловых координат цели в радиолокационных и радионавигационных системах. Если разностный канал не используется функционально, он нагружается согласованной нагрузкой. Это способствует улучшению амплитудно-фазовых характеристик антенны, делает их симметричными, устраняет случайные резонансы и, как следствие, улучшает параметры диаграммы направленности антенны.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание компактной двухканальной полосковой щелевой антенны с улучшенными амплитудно-фазовыми характеристиками и параметрами диаграммы направленности, большим сектором сканирования, повышенным КПД.

Техническим результатом при реализации изобретения является увеличение сектора сканирования, повышение точности определения угловых координат цели, улучшение амплитудно-фазовых характеристик, устранение случайных резонансов и, как следствие, улучшение параметров диаграммы направленности антенны и повышение КПД.

Влияние на достижение указанных технических результатов оказывают следующие существенные признаки.

Полосковая щелевая антенна содержит основную и дополнительную полосковую щелевую антенну, мостовое устройство и выполнена в двух вариантах.

Основная полосковая щелевая антенна содержит экранирующий корпус со щелью вдоль продольной оси, изолятор, проводник в виде цилиндрической спирали, два коаксиальных разъема, поглощающую нагрузку.

Экранирующий корпус выполнен в виде трубы круглого сечения со щелью, параллельной продольной оси трубы, причем щель выполнена переменной ширины для каждого излучающего элемента. Изолятор выполнен в виде диэлектрического стержня, имеющего наружную винтовую канавку, и размещен внутри экранирующего корпуса вдоль продольной оси трубы. Проводник выполнен в виде цилиндрической спирали и размещен на изоляторе в винтовой канавке для обеспечения постоянного зазора между проводником и внутренней поверхностью экранирующего корпуса. Антенна содержит два коаксиальных разъема, размещенных на экранирующем корпусе, причем первый конец проводника соединен с внутренним проводником первого коаксиального разъема, являющимся входом антенны, второй конец проводника соединен с внутренним проводником второго коаксиального разъема, к которому подключена поглощающая нагрузка.

Мостовое устройство представляет собой восьмиполюсник с двумя развязанными между собой входами и двумя развязанными между собой выходами и обеспечивает образование суммарного и разностного каналов.

В первом варианте дополнительная полосковая щелевая антенна выполнена зеркально основной. Экранирующий корпус основной и дополнительной антенны выполнен общим. Входы основной и дополнительной антенны расположены в центральной части экранирующего корпуса и соединены с выходами мостового устройства.

Во втором варианте дополнительная полосковая щелевая антенна выполнена идентичной основной и установлена последовательно за основной антенной. Экранирующий корпус основной и дополнительной антенны выполнен общим. Входы основной и дополнительной полосковой линии соединены с выходами мостового устройства.

Отличительными признаками в предлагаемом изобретении является то, что полосковая щелевая антенна содержит дополнительную полосковую щелевую антенну, мостовое устройство и выполнена в двух вариантах.

В первом варианте дополнительная полосковая щелевая антенна выполнена зеркально основной. Экранирующий корпус основной и дополнительной полосковой щелевой антенны выполнен общим. Входы основной и дополнительной антенны расположены в центральной части экранирующего корпуса и соединены с выходами мостового устройства.

Во втором варианте полосковая щелевая антенна снабжена дополнительной идентичной полосковой щелевой антенной, установленной последовательно за основной антенной. Экранирующий корпус основной и дополнительной полосковой щелевой антенны выполнен общим. Входы основной и дополнительной антенны соединены с выходами мостового устройства.

На фиг.1 представлена конструкция полосковой щелевой антенны из двух зеркально выполненных антенн.

На фиг.2 представлена конструкция полосковой щелевой антенны, состоящей из двух идентичных антенн, расположенных последовательно.

На фиг.3 представлен продольный разрез мостового устройства.

На фиг.4 представлен разрез мостового устройства по А-А (см. фиг.3).

Полосковая щелевая антенна (см. фиг.1) содержит экранирующий корпус 1, щели 2 и 3, две крышки 4, изоляторы 5 и 6, проводники 7 и 8, коаксиальные разъемы 9, 10, 11 и 12, две поглощающие нагрузки 13.

Полосковая щелевая антенна (см. фиг.2) содержит экранирующий корпус 14, две щели 15, две крышки 16, два изолятора 17, два проводника 18, коаксиальные разъемы 19, 20, 21 и 22, две поглощающие нагрузки 23.

Мостовое устройство 24 (см. фиг.3, 4) содержит коаксиальные разъемы 25, 26, 27 и 28, внутренние проводники 29, 30, 31, 32 соответствующих коаксиальных разъемов 25, 26, 27 и 28, кольцо 33 и два коаксиальных кабеля 34.

Экранирующий корпус 1 (см. фиг.1) выполнен в виде трубы круглого сечения со щелями 2 и 3, параллельной продольной оси трубы, причем щели 2 и 3 выполнены переменной ширины для каждого излучающего элемента, а щель 3 выполнена зеркально щели 2 и расположена в другую сторону от центра экранирующего корпуса 1. Торцы экранирующего корпуса 1 закрыты крышками 4. Изолятор 5 выполнен в виде диэлектрического стержня, имеющего наружную винтовую канавку, и размещен внутри экранирующего корпуса 1 вдоль продольной оси трубы в одну сторону от его центра. Изолятор 6 выполнен зеркально изолятору 5 и размещен внутри экранирующего корпуса 1 вдоль продольной оси трубы в другую сторону от его центра. Проводник 7 выполнен в виде цилиндрической спирали и установлен на изоляторе 5 в винтовой канавке. Проводник 8 выполнен зеркально проводнику 7 и установлен на изоляторе 6 в винтовой канавке. Экранирующий корпус 1 и проводники 7 и 8 образуют две несимметричные полосковые линии. На наружной поверхности экранирующего корпуса 1 в местах расположения концов проводников 7 и 8 установлены коаксиальные разъемы 9, 10, 11 и 12. Коаксиальные разъемы 9 и 10 расположены в центральной части экранирующего корпуса 9, а коаксиальные разъемы 11 и 12 - на краях. Первый конец проводника 7 соединен с внутренним проводником коаксиального разъема 9 и является входом первой антенны. Второй конец проводника 7 соединен с внутренним проводником коаксиального разъема 10, к которому подключена первая поглощающая нагрузка 13. Первый конец проводника 8 соединен с внутренним проводником коаксиального разъема 11 и является входом второй антенны. Второй конец проводника 8 соединен с внутренним проводником коаксиального разъема 12, к которому подключена вторая поглощающая нагрузка 13.

Экранирующий корпус 14 (см. фиг.2) выполнен в виде трубы круглого сечения с двумя щелями 15, параллельными продольной оси трубы, причем щели 15 выполнены переменной ширины для каждого излучающего элемента и расположены последовательно. Торцы экранирующего корпуса 1 закрыты крышками 16. Два изолятора 17 выполнены в виде диэлектрических стержней, имеющих наружную винтовую канавку, и размещены внутри экранирующего корпуса 14 вдоль продольной оси трубы последовательно. Два проводника 18 выполнены в виде цилиндрических спиралей и установлены на изоляторах 17 в винтовых канавках. Экранирующий корпус 14 и два проводника 18 образуют две несимметричные полосковые линии. На наружной поверхности экранирующего корпуса 14 в местах расположения концов проводников 18 установлены коаксиальные разъемы 19, 20, 21 и 22. Первый конец первого проводника 18 соединен с внутренним проводником коаксиального разъема 19 и является входом первой антенны. Второй конец первого проводника 18 соединен с внутренним проводником коаксиального разъема 21, к которому подключена первая поглощающая нагрузка 13. Первый конец второго проводника 18 соединен с внутренним проводником коаксиального разъема 20 и является входом второй антенны. Второй конец второго проводника 18 соединен с внутренним проводником коаксиального разъема 22, к которому подключена вторая поглощающая нагрузка 13.

Мостовое устройство 24 (см. фиг.3, 4) выполнено в виде металлического разъемного корпуса и представляет собой восьмиполюсник с двумя развязанными между собой входами (коаксиальные разъемы 25 и 26) и двумя развязанными между собой выходами (коаксиальные разъемы 27 и 28).

Внутренние проводники 29, 30, 31 и 32 соответствующих коаксиальных разъемов 25, 26, 27 и 28 соединены с кольцом 33.

Коаксиальный разъем 25 является суммарным входом мостового устройства 24, так как выходные плечи между внутренними проводниками 29-31 и 29-32 кольца 33 имеют одинаковую длину. Коаксиальный разъем 26 является разностным входом мостового устройства 24, так как выходные плечи между внутренними проводниками 30-31 и 30-32 кольца 34 имеют разную длину. Коаксиальные разъемы 27 и 28 являются выходами мостового устройства 24 и соединены коаксиальными кабелями 34 с коаксиальными разъемами 9 и 10 (см. фиг.1), или с коаксиальными разъемами 20 и 21 (см. фиг.2). Коаксиальные кабели 34 имеют одинаковую длину.

Две антенны (см. фиг.1, 2) объединены с помощью мостового устройства 24 (см. фиг.3, 4), обеспечивающего образование суммарного и разностного каналов.

Мостовое устройство 34 может быть выполнено в виде волноводного или полоскового «гибридного кольца», двойного волноводного Т-моста, двойного волноводно-коаксиального Е-тройника, 3-дБ направленных ответвителей щелевого или шлейфного типа, 3-дБ направленных ответвителей на связанных полосках.

Качественные характеристики антенн существенно повышаются, если в их конструкции предусмотрен дополнительный канал, называемый разностным. Наличие разностного канала повышает точность определения угловых координат цели в радиолокационных и радионавигационных системах и оказывается принципиально необходимым для нормального функционирования этих систем. Если разностный канал не используется функционально, он нагружается согласованной нагрузкой. Это способствует улучшению амплитудно-фазовых характеристик антенны, делает их симметричными, устраняет случайные резонансы и, как следствие, улучшает параметры диаграммы направленности антенны.

Полосковая щелевая антенна, содержащая две полосковые щелевые антенны, расположенные зеркально относительно центра антенны (см. фиг.1, 3, 4), работает следующим образом.

При подаче СВЧ-сигнала на частоте нормали на суммарный вход (коаксиальный разъем 25) формируется единая диаграмма направленности с одним максимумом, направленным перпендикулярно к продольной оси антенны.

При подаче СВЧ-сигнала на частоте нормали на разностный вход (коаксиальный разъем 26) на месте максимума формируется провал, глубина которого зависит от степени симметрии антенны. При этом в диаграмме направленности вместо одного максимума два широких медленно спадающих максимума. Это имеет место, если частота сигнала совпадает с частотой нормали. При отклонении частоты от среднего значения, максимум суммарной диаграммы направленности расширяется, уменьшаясь по величине. Деформируется и разностная диаграмма направленности. Это объясняется тем, что две части антенны сканируют навстречу друг другу.

Полосковая щелевая антенна, содержащая две полосковые щелевые антенны, расположенные последовательно (см. фиг.2, 3, 4), работает следующим образом.

При подаче СВЧ-сигнала на частоте нормали на суммарный вход (коаксиальный разъем 25) формируется единая диаграмма направленности с одним максимумом, угловое положение которого при уменьшении частоты смещается в отрицательную область значений углов, при увеличении частоты - в противоположную сторону.

При подаче СВЧ-сигнала на частоте нормали на разностный вход (коаксиальный разъем 26) формируется разностная диаграмма направленности с глубоким провалом, угловое положение которого при изменении частоты будет меняться. При наличии полной симметрии угловое положение провала в разностной диаграмме направленности будет совпадать с угловым положением максимума суммарной диаграммы направленности.

Таким образом, двухканальные полосковые щелевые антенны обеспечивают увеличение сектора сканирования, повышение точности определения угловых координат цели, улучшение амплитудно-фазовых характеристик, устранение случайных резонансов и, как следствие, улучшение параметров диаграммы направленности антенны и повышение КПД.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ, а именно к антеннам с частотным сканированием, и может быть использовано в различных радиотехнических системах связи, радиолокации, радионавигации. Полосковая щелевая антенна содержит основную и дополнительную полосковую щелевую антенну с проводником в виде цилиндрической спирали, мостовое устройство и выполнена в двух вариантах. В первом варианте дополнительная полосковая щелевая антенна выполнена зеркально основной. Во втором варианте дополнительная полосковая щелевая антенна выполнена идентичной основной и установлена последовательно за основной антенной. В обоих вариантах входы основной и дополнительной антенны соединены с выходами мостового устройства, а экранирующий корпус выполнен общим. Двухканальные полосковые щелевые антенны обеспечивают увеличение сектора сканирования, повышение точности определения угловых координат цели, улучшение амплитудно-фазовых характеристик и параметров диаграммы направленности антенны и повышение КПД. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Полосковая щелевая антенна, содержащая экранирующий корпус со щелью, изолятор, проводник, два коаксиальных разъема, один из которых является входом антенны, и поглощающую нагрузку, отличающаяся тем, что она снабжена зеркально выполненной дополнительной полосковой щелевой антенной и мостовым устройством для образования суммарного и разностного каналов, причем экранирующий корпус основной и дополнительной антенн выполнен единым, при этом входы основной и дополнительной антенн расположены в центральной части экранирующего корпуса и соединены с выходами мостового устройства.

2. Полосковая щелевая антенна, содержащая экранирующий корпус со щелью, изолятор, проводник, два коаксиальных разъема, один из которых является входом антенны, и поглощающую нагрузку, отличающаяся тем, что она снабжена идентичной дополнительной полосковой щелевой антенной, установленной последовательно за основной антенной, и мостовым устройством для образования суммарного и разностного каналов, причем экранирующий корпус основной и дополнительной антенн выполнен единым, а входы основной и дополнительной антенн соединены с выходами мостового устройства.