ДВУХДИАПАЗОННАЯ ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2016 года по МПК H01Q21/00 

Предлагаемое изобретение относится к области антенной техники, в частности к антенным решеткам и системам.

Известна двухдиапазонная антенная система с электронным управлением лучом (патент РФ №2177662, МПК H01Q 21/00, 2001), включающая фазированную антенную решетку (ФАР) высокочастотного (ВЧ) диапазона, состоящую из волноводных излучателей, объединенных в непрерывные линейки, и ФАР низкочастотного (НЧ) диапазона, состоящую из вибраторных излучателей, расположенных между линейками ФАР высокочастотного диапазона.

Недостатком аналога является значительное влияние излучателей НЧ диапазона на параметры диаграммы направленности (ДН) ВЧ диапазона, а также достаточно громоздкая и нетехнологичная конструкция. Например, в аналоге вибраторы НЧ диапазона и волноводные излучатели ВЧ диапазона изготавливаются по совершенно разным технологиям и далее возникают значительные трудности в запитке вибраторов НЧ диапазона таким образом, чтобы разводки двух диапазонов не пересекались.

Наиболее близкой по технической сущности является двухдиапазонная фазированная антенная система с электронным управлением лучом (патент РФ №2273926, МПК H01Q 21/30, 2006), включающая ФАР высокочастотного диапазона, состоящую из излучателей в виде наклонных щелей на боковых стенках волноводов высокочастотного диапазона, и ФАР низкочастотного диапазона, состоящую из излучателей в виде наклонных щелей связи на боковых стенках волноводов низкочастотного диапазона, причем волноводы низкочастотного диапазона расположены между парами высокочастотных волноводов, а излучающие элементы обоих диапазонов расположены в одной плоскости.

Недостатком такой конструкции двухдиапазонной решетки является расположение излучающих поверхностей волноводов обоих диапазонов в одной плоскости, а тыльных поверхностей этих линеек в разных плоскостях. Расположение излучающих поверхностей обоих диапазонов в одной плоскости приводит к ухудшению параметров ДН из-за сильного взаимовлияния диапазонов и из-за ограничения длин излучающих наклонных щелей каждого из диапазонов узкими стенками соответствующих волноводов.

В то же время расположение тыльных поверхностей излучающих волноводов в разных плоскостях приводит к сложности и громоздкости конструкции, поскольку излучающие волноводы каждого из диапазонов мешают запитке волноводов другого диапазона.

Целью настоящего изобретения является улучшение параметров ДН обоих диапазонов с одновременным достижением большей простоты и компактности конструкции двухдиапазонной решетки.

Указанная цель достигается за счет того, что в двухдиапазонной волноводно-щелевой антенной решетке, содержащей прямоугольные излучающие волноводы, образующие периодическую структуру из чередующихся волноводов нижнего и верхнего диапазона частот, и наклонные излучающие щели на узких стенках излучающих волноводов нижнего диапазона, излучающая поверхность волноводов верхнего диапазона расположена ниже излучающей поверхности волноводов нижнего диапазона, а тыльные поверхности волноводов нижнего и верхнего диапазонов расположены в одной плоскости, при этом наклонные излучающие щели нижнего диапазона на узких стенках волноводов нижнего диапазона заходят на широкие стенки этих волноводов, излучающие щели верхнего диапазона выполнены в виде продольных смещенных от оси щелей на широких стенках волноводов верхнего диапазона, а на тыльных поверхностях излучающих волноводов размещены запитывающие волноводы нижнего и верхнего диапазонов, в широких стенках которых выполнены щели связи с излучающими волноводами нижнего и верхнего диапазонов соответственно.

Основные элементы конструкции предлагаемого изобретения показаны на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3. Двухдиапазонная волноводно-щелевая антенная решетка (ВЩАР) представляет собой периодическую структуру из чередующихся прямоугольных излучающих волноводов НЧ диапазона - 1 и ВЧ диапазона - 2, в которой излучающие щели НЧ диапазона - 3 выполнены в виде наклонных щелей на узких стенках волноводов НЧ диапазона и заходят на широкие стенки этих волноводов, а излучающие щели ВЧ диапазона - 4 выполнены в виде продольных смещенных от оси щелей на широких стенках волноводов ВЧ диапазона, при этом излучающая поверхность волноводов ВЧ диапазона расположена ниже излучающей поверхности волноводов НЧ диапазона, а тыльные поверхности ВЧ и НЧ диапазонов расположены в одной плоскости. В конструкции, представленной на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, наклонные излучающие щели НЧ диапазона прорезаны только в каждом третьем волноводе, что характерно для соотношения частот НЧ и ВЧ диапазонов примерно 1:4. При меньшем различии в частотах диапазонов щели могут размещаться в каждом втором или каждом первом волноводе НЧ диапазона. На тыльных поверхностях излучающих волноводов размещены запитывающие волноводы НЧ диапазона - 5 и ВЧ диапазона - 6, в широких стенках которых выполнены поперечные щели связи - 7 с излучающими волноводами НЧ диапазона и наклонные щели связи - 8 с излучающими волноводами ВЧ диапазона соответственно.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в улучшении параметров ДН обоих диапазонов с одновременным достижением большей простоты и компактности конструкции двухдиапазонной антенной решетки.

Технический результат достигается следующим образом:

1) улучшение параметров ДН обоих диапазонов тем, что:

а) обеспечивается реализация требуемого амплитудно-фазового распределения (АФР) в раскрыве ВЩАР, т.к. элементы конструкции НЧ и ВЧ диапазонов взаимно не ограничивают реализацию требуемых геометрических параметров - например, наклонные излучающие щели НЧ диапазона могут заходить на широкие стенки излучающих волноводов НЧ диапазона и иметь любые требуемые длины, поскольку смежные волноводы ВЧ диапазона находятся значительно ниже концов этих щелей;

б) обеспечивается низкий уровень взаимовлияния НЧ и ВЧ диапазонов (уровень взаимной связи диапазонов менее -40дБ) - расположением излучателей НЧ и ВЧ диапазонов в разных плоскостях, а также расположением отрезков наклонных излучающих щелей НЧ диапазона, заходящих на широкие стенки волноводов, параллельно токам ВЧ диапазона, текущим в плоскопараллельных волноводах, образованным стенками волноводов НЧ диапазона;

в) паразитное кроссполяризационное излучение подавляется для НЧ диапазона взаимным расположением излучающих щелей НЧ диапазона, а для ВЧ диапазона - геометрией излучающих щелей ВЧ диапазона; при этом для НЧ диапазона уровень кроссполяризационной составляющей не более минус 30 дБ в главных плоскостях и не более минус 25 дБ во всей передней полусфере, для ВЧ диапазона уровень кроссполяризации не более минус 30 дБ во все передней полусфере;

2) достижение большей простоты и компактности конструкции двухдиапазонной ВЩАР тем, что тыльные поверхности излучающих волноводов НЧ и ВЧ диапазонов выведены в одну плоскость и легко объединяются при помощи запитывающих волноводов соответствующих диапазонов, а излучающие щели НЧ диапазона в зависимости от соотношения частот диапазонов выполнены в каждом первом, либо каждом втором, либо каждом третьем излучающем волноводе НЧ диапазона.

Предлагаемое изобретение позволяет разрабатывать двухдиапазонные решетки как малых электрических размеров, так и большие двухдиапазонные решетки со сложной структурой. Например, на Фиг. 4 показаны виды смоделированной двухдиапазонной ВЩАР с сотнями излучающих щелей НЧ и ВЧ диапазонов для соотношения частот диапазонов примерно 1:4; при этом для обеспечения широкополосности вся апертура для НЧ и ВЧ диапазонов разбита на четыре квадранта, а для ВЧ диапазона каждый квадрант дополнительно разбит на четыре сектора, которые запитываются своими запитывающими волноводами. При этом элементы конструкции НЧ и ВЧ диапазонов практически не влияют друг на друга и удается получить весьма компактную и технологичную конструкцию. Кроме того, моделирование показывает возможность получить максимальный уровень боковых лепестков (УБЛ) для НЧ и ВЧ диапазонов минус 24 дБ и минус 25 дБ соответственно, а максимальный уровень кроссполяризационных составляющих для НЧ и ВЧ диапазонов не более минус 26 дБ и минус 30 дБ соответственно.

Изобретение относится к области антенной техники, в частности к антенным решеткам и системам. Целью настоящего изобретения является улучшение параметров ДН двухдиапазонной антенной решетки с одновременным достижением большей простоты и компактности конструкции. Указанная цель достигается за счет того, что в двухдиапазонной волноводно-щелевой антенной решетке, содержащей прямоугольные излучающие волноводы, образующие периодическую структуру из чередующихся волноводов нижнего и верхнего диапазона частот и наклонные излучающие щели на узких стенках излучающих волноводов нижнего диапазона, излучающая поверхность волноводов верхнего диапазона расположена ниже излучающей поверхности волноводов нижнего диапазона, а тыльные поверхности волноводов нижнего и верхнего диапазонов расположены в одной плоскости, при этом наклонные излучающие щели нижнего диапазона на узких стенках волноводов нижнего диапазона заходят на широкие стенки этих волноводов, излучающие щели верхнего диапазона выполнены в виде продольных смещенных от оси щелей на широких стенках волноводов верхнего диапазона, а на тыльных поверхностях излучающих волноводов размещены запитывающие волноводы нижнего и верхнего диапазонов, в широких стенках которых выполнены щели связи с излучающими волноводами нижнего и верхнего диапазонов соответственно. 4 ил.

Двухдиапазонная волноводно-щелевая антенная решетка, содержащая прямоугольные излучающие волноводы, образующие периодическую структуру из чередующихся волноводов нижнего и верхнего диапазона частот, и наклонные излучающие щели на узких стенках излучающих волноводов нижнего диапазона, отличающаяся тем, что излучающая поверхность волноводов верхнего диапазона расположена ниже излучающей поверхности волноводов нижнего диапазона, а тыльные поверхности волноводов нижнего и верхнего диапазонов расположены в одной плоскости, при этом наклонные излучающие щели нижнего диапазона на узких стенках волноводов нижнего диапазона заходят на широкие стенки этих волноводов, излучающие щели верхнего диапазона выполнены в виде продольных смещенных от оси щелей на широких стенках волноводов верхнего диапазона, а на тыльных поверхностях излучающих волноводов размещены запитывающие волноводы нижнего и верхнего диапазонов, в широких стенках которых выполнены щели связи с излучающими волноводами нижнего и верхнего диапазонов соответственно.