СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ Российский патент 2016 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в приемо-передающих активных фазированных антенных решеток (АФАР).

Известен способ построения антенной решетки [1 - стр. 313 - Сазонов Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа. - 432 с.], в котором в стенке волновода, закороченном на конце, выполняют ряд щелей, каждая из которых имеет длину λ/2, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона длин волн антенной решетки, при этом расстояние между щелями и между крайними щелями и концами волновода устанавливают равными соответственно λ и λ/2.

Недостатком известного способа является ограниченность рабочей полосы частот [1 - стр. 316] и высокий вес за счет необходимости использования металлических волноводов.

Известен способ построения антенной решетки [2 - стр. 144 - Воскресенский Д.И., Кременецкий С.Д. и др. Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ. М.: Радио и связь. 1988. - 240 с.], наиболее близкий к предлагаемому и взятый за прототип, при котором печатные вибраторы с плечами из проводящих металлических пластин прямоугольной формы располагают на диэлектрической подложке, приподнятой над проводящим экраном, плоскость подложки параллельна проводящему экрану и приподнята над ним на высоту L, при этом вибраторы расположены эквидистантно в узлах прямоугольной или треугольной сетки.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- недостаточную полосу рабочих частот полосковых излучателей, составляющую не более 3% [3 - стр. 128 в Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь. 1986. - 144 с.], в то время как в системах связи требуются полосы 12% и более;

- значительное увеличение массы антенной решетки при реализации антенной решетки на низких рабочих частотах, поскольку на одной сплошной подложке расположено несколько линеек с вибраторами, а со снижением частоты размеры вибраторов и расстояния между ними увеличиваются;

- низкую вибропрочность конструкции, поскольку подложка с излучателями расположена параллельно проводящему экрану и разделена с ним воздушным промежутком, а конструктивные элементы, обеспечивающие прочность конструкции, отсутствуют.

Задачей, на которую направлено предлагаемое изобретение, является снижение массы и увеличение вибропрочности антенной решетки.

Для решения указанной задачи предлагается способ построения антенной решетки, при котором печатные вибраторы с плечами из проводящих металлических пластин располагают на диэлектрической подложке над проводящим экраном, при этом вибраторы расположены эквидистантно в узлах треугольной сетки.

Согласно изобретению диэлектрические подложки прямоугольной формы, каждая из которых содержит один печатный вибратор, устанавливают таким образом, чтобы плоскости диэлектрических подложек были расположены параллельно друг другу и перпендикулярно проводящему экрану, плечи печатных вибраторов были расположены параллельно проводящему экрану на высоте, меньшей или равной λ/4, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона длин волн антенной решетки, формируют линейки печатных вибраторов в плоскости оси X, устанавливая диэлектрические подложки с печатными вибраторами таким образом, чтобы центры печатных вибраторов располагались на расстоянии d_x из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости X; сдвигают четные линейки печатных вибраторов по оси X так, чтобы центры печатных вибраторов на них были смещены на расстояние d_x/2 относительно центров печатных вибраторов на нечетных линейках, устанавливают расстояние d_y между соседними диэлектрическими подложками по оси Y из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости Y, соединяют диэлектрические подложки между собой по оси Y с помощью диэлектрических профилей, в которые вкручивают диэлектрические винты через отверстия, выполненные в верхних и нижних углах каждой диэлектрической подложки, при этом диэлектрические профили, расположенные на торцах антенной решетки, имеют квадратное сечение, а диэлектрические профили, скрепляющие внутренние края диэлектрических подложек, имеют уступы, к которым края диэлектрических подложек подсоединяют с помощью диэлектрических винтов, причем диэлектрические профили, соединенные с нижними краями диэлектрических подложек, прикрепляют к проводящему экрану с помощью винтов или клея, запитывают каждый печатный вибратор с помощью полосковой линии, подключение которой к внешнему фидеру осуществляют с помощью врубного разъема, расположенного у основания диэлектрической подложки.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличия заключаются в следующем:

- в предлагаемом способе диэлектрическую подложку с печатными вибраторами устанавливают перпендикулярно проводящему экрану, в то время как в прототипе плоскость диэлектрической подложки параллельна экрану;

- в предлагаемом способе диэлектрические подложки с печатными вибраторами скрепляют между собой с помощью диэлектрических профилей, что позволяет получить конструкцию с высокой вибропрочностью, в то время как в прототипе диэлектрическая подложка с печатными вибраторами расположена параллельно проводящему экрану и разделена с ним воздушным промежутком, а конструктивные элементы, обеспечивающие прочность конструкции, отсутствуют, что не позволяет конструкцию прототипа использовать в реальных устройствах;

- в предлагаемом способе диэлектрические подложки с печатными вибраторами установлены перпендикулярно экрану и скреплены между собой с помощью диэлектрических профилей, что позволяет снизить массу антенной решетки за счет исключения массы диэлектрика, заполняющего промежутки между линейками вибраторов в прототипе.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения антенной решетки из литературы неизвестно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На чертеже приведен один из вариантов антенной решетки, построенной с использованием предлагаемого способа.

При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:

- устанавливают диэлектрические подложки прямоугольной формы, каждая из которых содержит один печатный вибратор, таким образом, чтобы плоскости диэлектрических подложек были расположены параллельно друг другу и перпендикулярно проводящему экрану, а плечи печатных вибраторов были расположены параллельно проводящему экрану на высоте, меньшей или равной λ/4, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона длин волн антенной решетки;

- формируют линейки вибраторов в плоскости оси X, устанавливая диэлектрические подложки с печатными вибраторами таким образом, чтобы центры печатных вибраторов располагались на расстоянии d_x из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости X;

- сдвигают четные линейки печатных вибраторов по оси X так, чтобы центры печатных вибраторов на них были смещены на расстояние d_x/2 относительно центров печатных вибраторов на нечетных линейках, устанавливают расстояние d_y между соседними диэлектрическими подложками по оси Y из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости Y;

- соединяют диэлектрические подложки между собой по оси Y с помощью диэлектрических профилей, в которые вкручивают диэлектрические винты через отверстия, выполненные в верхних и нижних углах каждой диэлектрической подложки, при этом диэлектрические профили, расположенные на торцах антенной решетки, имеют квадратное сечение, а диэлектрические профили, соединяющие внутренние края диэлектрических подложек, имеют уступы, к которым края диэлектрических подложек подсоединяют с помощью диэлектрических винтов;

- прикрепляют диэлектрические профили, соединенные с нижними краями диэлектрических подложек, к проводящему экрану с помощью винтов или клея;

- запитывают каждый печатный вибратор с помощью полосковой линии, подключение которой к внешнему фидеру осуществляют с помощью врубного разъема, расположенного у основания диэлектрической подложки.

Один из вариантов антенной решетки из восьми вибраторов, построенной с использованием предлагаемого способа, содержит (см. чертеж) проводящий экран 1, на котором установлены диэлектрические подложки 2 с печатными вибраторами 3 таким образом, чтобы плоскости диэлектрических подложек 2 были расположены параллельно друг другу в плоскости X и перпендикулярно проводящему экрану 1.

Плечи печатных вибраторов 3 расположены параллельно проводящему экрану 1 на высоте, меньшей или равной λ/4.

Антенная решетка на чертеже содержит четыре линейки вибраторов, сформированных в плоскости оси X из подложек с печатными вибраторами, при этом центры печатных вибраторов расположены на расстоянии d_x из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости X.

Четные линейки диэлектрических подложек 2 с печатными вибраторами 3 сдвинуты по оси X, при этом центры печатных вибраторов на них смещены на расстояние d_x/2 относительно центров печатных вибраторов на нечетных линейках. Расстояние между соседними диэлектрическими подложками 2 по оси Y устанавливают из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости Y.

Диэлектрические подложки 2 соединяют между собой по оси Y с помощью диэлектрических профилей 4, в которые вкручивают диэлектрические винты (не показаны) через отверстия, выполненные в верхних и нижних углах каждой диэлектрической подложки 2 (не показаны).

Диэлектрические профили 4, расположенные на торцах антенной решетки, имеют квадратное сечение, а диэлектрические профили 4, скрепляющие внутренние края диэлектрических подложек 2, имеют уступы, к которым края диэлектрических подложек 2 подсоединяют с помощью диэлектрических винтов.

Диэлектрические профили 4, соединенные с нижними краями диэлектрических подложек 2, прикрепляют к проводящему экрану 1 с помощью винтов (не показаны) или клея. Запитка каждого печатного вибратора 3 осуществляется с помощью врубных разъемов 5, расположенных у основания каждой диэлектрической подложки 2.

Диэлектрические подложки 2 могут быть выполнены из фольгированного стеклотекстолита или другого фольгированного диэлектрика, при этом печатные вибраторы 3 выполняются с помощью травления.

Расстояния между центрами вибраторов 3 - d_x по оси X и d_y по оси Y - выбирают из условия отсутствия дифракционных максимумов при заданных максимальных углах отклонения луча θ_xmax и θ_ymax соответственно в плоскости X и Y, используя выражение [4 - стр. 65 - Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Воскресенского Д.И. - М.: Радиотехника. 2012. - 744 с.]:

Предлагаемый способ позволяет получить конструкцию с высокой вибропрочностью за счет скрепления диэлектрических подложек 2 с печатными вибраторами 3 между собой с помощью диэлектрических профилей 4, в то время как в прототипе диэлектрическая подложка с печатными вибраторами расположена параллельно проводящему экрану и разделена с ним воздушным промежутком, а конструктивные элементы, обеспечивающие прочность конструкции, отсутствуют, что не позволяет конструкцию прототипа использовать в реальных устройствах.

Предлагаемый способ также позволяет снизить массу антенной решетки за счет расположения диэлектрических подложек 2 с печатными вибраторами 3 перпендикулярно проводящему экрану 1 и исключения массы диэлектрика, заполняющего промежутки между линейками вибраторов в прототипе.

Для проверки предложенного способа был изготовлен макет устройства, испытания которого показали совпадение полученных характеристик с расчетными.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в приемо-передающих АФАР. Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение массы и увеличение вибропрочности антенной решетки. Сущность: в способе устанавливают диэлектрические подложки прямоугольной формы, каждая из которых содержит один печатный вибратор, эквидистантно в узлах треугольной сетки таким образом, чтобы плоскости диэлектрических подложек были расположены параллельно друг другу и перпендикулярно проводящему экрану, плечи печатных вибраторов были расположены параллельно проводящему экрану на высоте, меньшей или равной λ/4, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона длин волн антенной решетки. Устанавливают расстояние d_y между соседними диэлектрическими подложками по оси Y из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости Y, а расстояние d_x между центрами печатных вибраторов по оси X - из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости X. Соединяют диэлектрические подложки между собой по оси Y с помощью диэлектрических профилей, в которые вкручивают диэлектрические винты через отверстия, выполненные в верхних и нижних углах каждой диэлектрической подложки, при этом диэлектрические профили, расположенные на торцах антенной решетки, имеют квадратное сечение, а диэлектрические профили, соединяющие внутренние края диэлектрических подложек, имеют уступы, к которым края диэлектрических подложек подсоединяют с помощью диэлектрических винтов. Прикрепляют диэлектрические профили, соединенные с нижними краями диэлектрических подложек, к проводящему экрану с помощью винтов или клея. Запитывают каждый печатный вибратор с помощью полосковой линии, подключение которой к внешнему фидеру осуществляют с помощью врубного разъема, расположенного у основания диэлектрической подложки. 1 ил.

Способ построения антенной решетки, при котором печатные вибраторы с плечами из проводящих металлических пластин располагают на диэлектрической подложке над проводящим экраном, при этом печатные вибраторы расположены эквидистантно в узлах треугольной сетки, отличающийся тем, что диэлектрические подложки прямоугольной формы, каждая из которых содержит один печатный вибратор, устанавливают таким образом, чтобы плоскости диэлектрических подложек были расположены параллельно друг другу и перпендикулярно проводящему экрану, плечи печатных вибраторов были расположены параллельно проводящему экрану на высоте, меньшей или равной λ/4, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона длин волн антенной решетки, формируют линейки печатных вибраторов в плоскости оси X, устанавливая диэлектрические подложки с печатными вибраторами таким образом, чтобы центры печатных вибраторов располагались на расстоянии d_x из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости X; сдвигают четные линейки печатных вибраторов по оси X так, чтобы центры печатных вибраторов на них были смещены на расстояние d_x/2 относительно центров печатных вибраторов на нечетных линейках, устанавливают расстояние d_y между соседними диэлектрическими подложками по оси Y из условия обеспечения требуемого сектора сканирования в плоскости Y, соединяют диэлектрические подложки между собой по оси Y с помощью диэлектрических профилей, в которые вкручивают диэлектрические винты через отверстия, выполненные в верхних и нижних углах каждой диэлектрической подложки, при этом диэлектрические профили, расположенные на торцах антенной решетки, имеют квадратное сечение, а диэлектрические профили, скрепляющие внутренние края диэлектрических подложек, имеют уступы, к которым края диэлектрических подложек подсоединяют с помощью диэлектрических винтов, причем диэлектрические профили, соединенные с нижними краями диэлектрических подложек, прикрепляют к проводящему экрану с помощью винтов или клея, запитывают каждый печатный вибратор с помощью полосковой линии, подключение которой к внешнему фидеру осуществляют с помощью врубного разъема, расположенного у основания диэлектрической подложки.