МНОГОСЛОЙНЫЙ ПЕЧАТНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ С ШИРОКОУГОЛЬНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2021 года по МПК H01Q1/38 H01Q9/06 H01Q21/06 

Группа изобретений относится к области антенной технике, а более конкретно к антеннам на основе технологии многослойных печатных плат, и может быть использована при проектировании и изготовлении антенных фазированных решеток (ФАР) с электрически управляемой диаграммой направленности, формирующих луч с круговой поляризацией.

Известен многослойный печатный излучатель, обеспечивающий излучение двух независимых ортогональных линейных поляризаций, содержащий многослойную плату, на верхнем металлизированном слое которой расположены возбудители в виде квадратных участков металлизации, эти возбудители запитываются через две Н-щели и два полоска, которые расположены на внутренних слоях многослойной печатной платы под возбудителями, а над возбудителями находятся пассивные элементы, выполненные на отдельной плате в виде квадратных металлизированных участков, многослойная плата и плата пассивных элементов разделены металлической решеткой (раздел 2 статьи T.Chaloun, V. Ziegler, W. Menzel, «Design of dual-polarized stacked patch antenna for wide angle scanning reflectarrays», IEEE Transactions on antennas and propagation, Aug. 2016, vol. 64, no. 8, pp. 3380-3390).

Недостатками известного излучателя является работа на двух ортогональных линейных поляризациях. Для формирования круговой поляризации данная конструкция требует введения дополнительного слоя многослойной платы, на котором должен быть выполнен делитель мощности в виде полоскового 3 дБ моста или делителя мощности 1:2 с разными длинами выходов для обеспечения разности фаз 90 градусов. Кроме того, в этой конструкции пассивные элементы излучателя выполнены на отдельной плате.

Известен многослойный печатный излучатель, обеспечивающий излучение круговой поляризации, содержащий многослойную плату, в которой возбудители и пассивные элементы выполнены на двух верхних металлизированных слоях, возбудители запитываются двумя Н-щелями, которые, в свою очередь, запитываются двумя полосками, а полоски соединены на предпоследнем металлизированном слое с помощью полоскового делителя 1:2 с выходами разной длины для обеспечения разности фаз 90 градусов. Излучатели объединены в группы из четырех излучателей с последовательным поворотом на 90 градусов относительно друг друга, что уменьшает уровень кроссполяризации излучателей в составе ФАР (R.A. Kolesnikov, Y.В. Korchemkin, M.S. Uhm, S.H. Yun, «Circularly polarized multilayer printed radiator for wide-scanning Ka-band phased array», 7^th International conference ((Engineering and Telecommunication - En&T-2020», Nov. 2020).

Данный известный излучатель принят в качестве ближайшего аналога к заявленному многослойному печатному излучателю.

Недостатками известного излучателя является сложная топология многослойной платы и множество глухих отверстий, требующих многократного сверления отверстий на глубину, равную толщине диэлектриков с последующей металлизацией этих отверстий.

Технической проблемой, решаемой настоящей группой изобретений, является создание многослойного печатного излучателя круговой поляризации фазированной антенной решетки с широкоугольным сканированием, лишенного указанных недостатков.

В результате достигается технический результат, состоящий в упрощении конструкции излучателя и технологии изготовления без ухудшения (а в случае второго варианта реализации изобретения, с существенным улучшением) радиотехнических характеристик.

Указанный технический результат достигается созданием многослойного печатного излучателя круговой поляризации фазированной антенной решетки с широкоугольным сканированием по первому варианту, выполненного в виде многослойной платы, содержащей шесть слоев металлизации, разделенные слоями диэлектрика. Первый слой металлизации включает в себя пассивные элементы четырех излучающих элементов. Второй слой металлизации включает в себя возбудители излучающих элементов, каждый из которых расположен под соответствующим пассивным элементом, центр каждого из которых, в свою очередь, электрически соединен с центром советующего возбудителя. Каждый из упомянутых возбудителей и пассивных элементов выполнен в виде квадрата с отсеченными противолежащими углами. Упомянутые возбудители и пассивные элементы расположены таким образом, что центр симметрии каждого из них находится в соответствующей вершине квадрата, а продольная ось симметрии всех возбудителей и соответствующих пассивных элементов параллельна или перпендикулярна проходящей через возбудитель диагонали квадрата. Третий слой металлизации включает в себя четыре щели, каждая из которых расположена под соответствующим возбудителем и выполнена таким образом, что имеет две перпендикулярные друг другу оси симметрии, продольные оси симметрии которых образуют угол 45 градусов с продольной осью симметрии соответствующего возбудителя. Четвертый слой металлизации включает в себя четыре полосковые линии, каждая из которых электромагнитно связана с соответствующей щелью и с четырьмя полосковыми линиями шестого металлизированного слоя, которые выполнены с возможностью соединения с помощью полосковой или коаксиальной линии с входом или выходом излучающего элемента. Упомянутые возбудители и пассивные элементы расположены в окнах, в которых слой металлизации отсутствует, а слои металлизации вокруг них электрически соединены металлизированными отверстиями, расположенными вокруг каждого излучающего элемента, друг с другом, с третьим слоем металлизации и пятым слоем металлизации, являющимися заземляющими.

Такой же технический результат достигается созданием многослойного печатного излучателя круговой поляризации фазированной антенной решетки с широкоугольным сканированием, выполненного в виде многослойной платы, содержащей шесть слоев металлизации, разделенные слоями диэлектрика. Первый слой металлизации включает в себя пассивные элементы четырех излучающих элементов. Второй слой металлизации включает в себя возбудители излучающих элементов, каждый из которых расположен под соответствующим пассивным элементом, центр каждого из которых, в свою очередь, электрически соединен с центром соответствующего возбудителя. Каждый из упомянутых возбудителей и пассивных элементов выполнен в виде квадрата с отсеченными противолежащими углами. Упомянутые возбудители и пассивные элементы расположены таким образом, что центр симметрии каждого из них находится в соответствующей вершине квадрата, а продольная ось симметрии всех возбудителей и соответствующих пассивных элементов параллельна или перпендикулярна проходящей через возбудитель диагонали квадрата. Третий слой металлизации включает в себя пары щелей, расположенные под каждым из возбудителей, каждая щель выполнена таким образом, что имеет две перпендикулярные друг другу оси симметрии, продольные оси симметрии которых взаимно перпендикулярны и образуют угол 45 градусов с продольной осью симметрии соответствующего возбудителя. Четвертый слой металлизации включает в себя четыре пары полосковых линий, каждая из которых электромагнитно связана с соответствующей щелью и с четырьмя парами полосковых линий шестого металлизированного слоя. Одна линия из каждой из упомянутых пар полосковых линий шестого металлизированного слоя выполнена с возможностью соединения с помощью полосковой или коаксиальной линии с входом или выходом излучающего элемента, а другая - подключена к соответствующей согласованной нагрузке. Упомянутые возбудители и пассивные элементы расположены в окнах, в которых слой металлизации отсутствует, а слои металлизации вокруг них электрически соединены металлизированными отверстиями, расположенными вокруг каждого излучающего элемента друг с другом, с третьим слоем металлизации, шестым слоем металлизации и пятым слоем металлизации, являющимися заземляющими.

На фигуре 1 изображен общий вид многослойного печатного излучателя с разнесенными на расстояние друг от друга слоями металлизаций и диэлектрика по второму варианту исполнения.

На фигурах 2а и 2б изображен первый металлизированный слой (в двух альтернативных вариантах исполнения) для изобретения по первому и второму варианту исполнения.

На фигурах 3а и 3б изображен второй металлизированный слой (в двух альтернативных вариантах исполнения) для изобретения по первому и второму варианту исполнения.

На фигуре 4 изображен третий металлизированный слой для изобретения по первому варианту исполнения.

На фигуре 5 изображен четвертый металлизированный слой для изобретения по первому варианту исполнения.

На фигуре 6 изображен пятый металлизированный слой для изобретения по первому варианту исполнения.

На фигуре 7 изображен шестой металлизированный слой для изобретения по первому варианту исполнения.

На фигуре 8 изображен третий металлизированный слой для изобретения по второму варианту исполнения.

На фигуре 9 изображен четвертый металлизированный слой для изобретения по второму варианту исполнения.

На фигуре 10 изображен пятый металлизированный слой для изобретения по второму варианту исполнения.

На фигуре 11 изображен шестой металлизированный слой для изобретения по второму варианту исполнения.

На фигуре 12 представлены три варианта исполнения щелей.

На фигуре 13 представлена ФАР, состоящая из 64-х излучающих элементов.

На фигурах 14а, 14б, 14в представлены величины коэффициента усиления (КУ) для основной и кроссполяризации при сканировании многослойного печатного излучателя в составе бесконечной решетки на средней частоте рабочего диапазона в плоскостях Phi=0, 45, 90 градусов для прототипа и для изобретения по первому варианту исполнения.

На фигурах 15а, 15б, 15в представлены величины КУ для основной и кроссполяризации при сканировании многослойного печатного излучателя в составе бесконечной решетки на средней частоте рабочего диапазона в плоскостях Phi=0, 45, 90 градусов для изобретения по первому и второму варианту исполнения.

На фигурах 16а, 16б, 16в представлены частотные зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВн) для каждого из четырех излучающих элементов многослойного печатного излучателя при сканировании в составе бесконечной решетки на средней частоте рабочего диапазона в плоскостях Phi=0, 45, 90 градусов для прототипа и для изобретения по первому варианту исполнения.

На фигурах 17а, 17б, 17в представлены частотные зависимости КСВн для каждого излучающего элемента многослойного печатного излучателя при сканировании в составе бесконечной решетки на средней частоте рабочего диапазона в плоскостях Phi=0, 45, 90 градусов для первого и второго вариантов исполнения изобретения.

Многослойный печатный излучатель по первому варианту исполнения, показанный на фигурах 1-7 и 12 выполнен в виде многослойной платы, содержащей первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 слои металлизации, которые разделены слоями диэлектрика 7а, 7б, 7в, 7 г, 7д.

Первый слой металлизации включает в себя пассивные элементы 8а, 8б, 8в, 8г четырех излучающих элементов.

Второй слой металлизации 2 включает в себя возбудители 9а, 9б, 9в, 9г излучающих элементов, каждый из которых расположен под соответствующим пассивным элементом 8а, 8б, 8в, 8г. Центр симметрии 8_а', 8_б', 8_в', 8_г' каждого из пассивных элементов 8а, 8б, 8в, 8г электрически соединен (например, посредством металлизированного отверстия) с центром симметрии 9_а', 9_б', 9_в', 9_г' советующего возбудителя 9а, 9б, 9в, 9г.

Каждый из упомянутых возбудителей 9а, 9б, 9в, 9г и пассивных элементов 8а, 8б, 8в, 8г выполнен в виде квадрата с отсеченными противолежащими углами.

Возбудители 9а, 9б, 9в, 9г (расположенные под соответствующими пассивными элементами) и пассивные элементы 8а, 8б, 8в, 8г расположены таким образом, что центр симметрии каждого из них (9_а', 9_б', 9_в', 9_г' и 8_а', 8_б', 8_в', 8_г' соответственно) находится в соответствующей вершине квадрата 10.

Продольная ось симметрии всех возбудителей и соответствующих пассивных элементов параллельна или перпендикулярна проходящей через возбудитель диагонали квадрата 10. На фиг. 3а показана продольная ось симметрии 9б₁, которая перпендикулярна проходящей через возбудитель 9б диагонали 10а квадрата 10. А на фиг. 3б показана вторая альтернатива, согласно которой продольная ось симметрии 9б₁ параллельная проходящей через возбудитель 9б диагонали 10а квадрата 10. Для исключения загромождения, на рисунках показаны продольная ось симметрии и соответствующая диагональ квадрата только для одного возбудителя (9б).

Третий слой металлизации 3 включает в себя 4 щели 11а, 11б, 11в, 11г, расположенные под каждым из соответствующих возбудителей 9а, 9б, 9в, 9г.

Каждая щель выполнена таким образом, что имеет две перпендикулярные друг другу оси симметрии. На фиг. 4 показаны оси симметрии 11_б', 11_б'' для щели 11б. Продольная ось симметрии 11_б'' щели 11б образует угол 45 градусов с продольной осью симметрии 9б₁ возбудителя 9б. Аналогично выполнены и остальные щели (1la, 11в и 11г). На фигуре 12 представлены три варианта исполнения щелей.

Четвертый слой металлизации 4 включает в себя четыре полосковые линии 12а, 12б, 12в, 12г. Каждая полосковая линия электромагнитно связана с соответствующей щелью (12а с 11а, 12б с 11б, и т.д.) и с четырьмя полосковыми линиями (12а с 13а, 12б с 13б, 12в с 13в, 12г с 13г) шестого металлизированного слоя 6. Связь полосковых линий четвертого слоя металлизации и полосковыми линиями шестого слоя металлизации осуществляется посредством металлизированных отверстий 14а, 14б, 14в, 14г. Электромагнитная связь каждой из полосковых линий четвертого слоя металлизации 4 (12а, 12б, 12в, 12г) с соответствующей щелью (11а, 11б, 11в, 11г) обеспечивается путем расположение полосковой линии под соответствующей щелью. На фигуре 5 пунктирными прямоугольниками показаны щели 11а, 11б, 11в, 11г, расположенные в третьем слое металлизации 3.

Полосковые линии (13а, 13б, 13в, и 13г) шестого металлизированного слоя 6 выполнены с возможностью соединения с помощью полосковой или коаксиальной линии с входом или выходом излучателя, в зависимости от того, является ли излучатель частью приемной или передающей антенны (на фигурах не показано).

Пассивные элементы 8а, 8б, 8в, 8г и возбудители 9а, 9б, 9в, 9г расположены в окнах 16а, 16б, 16в, 16г и 17а, 17б, 17в, 17г соответственно, в которых слой металлизации отсутствует.Слои металлизации 18 и 19 вокруг окон электрически соединены металлизированными отверстиями 20, расположенными вокруг каждого излучающего элемента друг с другом (первый 1 и второй 2 слои металлизации), с третьим слоем металлизации 3 и пятым слоем металлизации 5. При этом слои металлизации 18 и 19, расположенные вокруг окон на первом и втором слое металлизации, а также третий слой металлизации 3 и пятый слой металлизации 5 являются заземляющими.

Многослойный печатный излучатель по второму варианту исполнения, показанный на фигурах 1-3 и 8-12, выполнен в виде многослойной платы, содержащей первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 слои металлизации, которые разделены слоями диэлектрика 7а, 7б, 7в, 7г, 7д.

Первый слой металлизации включает в себя пассивные элементы 8а, 8б, 8в, 8г четырех излучающих элементов.

Второй слой металлизации 2 включает в себя возбудители 9а, 9б, 9в, 9г излучающих элементов, каждый из которых расположен под соответствующим пассивным элементом 8а, 8б, 8в, 8г. Центр симметрии 8_а', 8_б', 8_в', 8_г' каждого из пассивных элементов 8а, 8б, 8в, 8г электрически соединен (например, посредством металлизированного отверстия) с центром симметрии 9_а', 9_б', 9_в', 9_г' советующего возбудителя 9а, 9б, 9в, 9г.

Каждый из упомянутых возбудителей 9а, 9б, 9в, 9г и пассивных элементов 8а, 8б, 8в, 8г выполнен в виде квадрата с отсеченными противолежащими углами.

Возбудители 9а, 9б, 9в, 9г (расположенные под соответствующими пассивными элементами) и пассивные элементы 8а, 8б, 8в, 8г расположены таким образом, что центр симметрии каждого из них (9_а', 9_б', 9_в', 9_г' и 8_а', 8_б', 8_в', 8_г' соответственно) находится в соответствующей вершине квадрата 10.

Продольная ось симметрии всех возбудителей и соответствующих пассивных элементов параллельна или перпендикулярна проходящей через возбудитель диагонали квадрата 10. На фиг. За показана продольная ось симметрии 9б₁, которая перпендикулярна проходящей через возбудитель 9б диагонали 10а квадрата 10. А на фиг. 3б показана вторая альтернатива, согласно которой продольная ось симметрии 9б₁ параллельная проходящей через возбудитель 9б диагонали 10а квадрата 10. Для исключения загромождения, на рисунках показаны продольная ось симметрии и соответствующая диагональ квадрата только для одного возбудителя (9б).

В отличие от первого варианта исполнения изобретения, третий слой металлизации 3 включает в себя пары щелей 11a₁ и 11а₂, 11б₁ и 11б₂, 11в₁ и 11в₂, 11г₁ и 11г₂, расположенные под каждым из соответствующих возбудителей 9а, 9б, 9в, 9г.

Каждая щель выполнена таким образом, что имеет две перпендикулярные друг другу оси симметрии. На фиг. 4 показаны оси симметрии для одной пары щелей 11б₁ и 11б₂. Продольные оси симметрии пары щелей 11б₁ и 11б₂ взаимно перпендикулярны и образуют угол 45 градусов с продольной осью симметрии 9б₁ соответствующего возбудителя 9б. Аналогично выполнены и остальные пары щелей (11a₁ и 11а₂, 11в₁ и 11в₂, 11г₁ и 11г₂).

Четвертый слой металлизации 4 включает в себя четыре пары полосковых линий 12a₁ и 12а₂, 12б₁ и 12б₂, 12в₁ и 12в₂, 12г₁ и 12г₂. Каждая полосковая линия электромагнитно связана с соответствующей щелью (12a₁ с 11а₁ 12а₂ с 11а₂, и т.д.) и с четырьмя парами полосковых линий (12a₁ с 13a₁, 12а₂ с 13а₂, 12б₁ с 13б₁, 12б₂ с 13б₂, 12в₁ с 13в₁, 12в₂, с 13в₂, 12г₁ с 13г₁, 12г₂ с 13г₂) шестого металлизированного слоя 6. Связь полосковых линий четвертого слоя металлизации и полосковыми линиями шестого слоя металлизации осуществляется посредством металлизированных отверстий 14а₁, 14а₂, 14б₁, 14б₂, 14в₁, 14в₂, 14г₁ и 14г₂. Электромагнитная связь каждой из полосковых линий четвертого слоя металлизации 4 (12а₁, 12а₂, 12б₁, 12б₂ и т.д.) с соответствующей щелью (11а₁, 11а₂, 11б₁, 11б₂ и т.д.) обеспечивается путем расположение полосковой линии под соответствующей щелью. На фигуре 9 пунктирными прямоугольниками показаны щели 11a₁ и 11а₂, 11б₁ и 11б₂, 11в₁ и 11в₂, 11г₁ и 11г₂, расположенные в третьем слое металлизации 3.

Одна линия (13а₁, 13б₂, 13в₁, и 13г₁) из каждой из упомянутых пар полосковых линий шестого металлизированного слоя 6 выполнена с возможностью соединения с помощью полосковой или коаксиальной линии с входом или выходом излучателя, в зависимости от того, является ли излучатель частью приемной или передающей антенны (на фигурах не показано). Другая линия (13а₂, 13б₂, 13в₂, и 13г₂) из каждой из упомянутых пар полосковых линий шестого металлизированного слоя 6 подключена к соответствующей согласованной нагрузке 15а, 15б, 15в, и 15г.

Пассивные элементы 8а, 8б, 8в, 8г и возбудители 9а, 9б, 9в, 9г расположены в окнах 16а, 16б, 16в, 16г и 17а, 17б, 17в, 17г соответственно, в которых слой металлизации отсутствует.Слои металлизации 18 и 19 вокруг окон электрически соединены металлизированными отверстиями 20, расположенными вокруг каждого излучающего элемента друг с другом (первый 1 и второй 2 слои металлизации), с третьим слоем металлизации 3 и пятым слоем металлизации 5. При этом слои металлизации 18 и 19, расположенные вокруг окон на первом и втором слое металлизации, а также третий слой металлизации 3 и пятый слой металлизации 5 являются заземляющими.

Щели (11а₁, 11а₂, 11б₁, 11б₂, 11в₁, 11в₂, 11г₁, 11г₂) могут иметь разную форму, как показано на Фиг. 12. Н-щели или щель в форме «конфеты» (вторая и третья на фигуре 12) удобны в диапазонах частот от 10 ГГц и выше, в которых при шаге решетки ~λ_ср/2 прямоугольные щели будут располагаться близко друг к другу, что может ухудшить развязку между поляризациями. В случае с прямоугольной щелью ее длина равна (где ε_r - диэлектрическая проницаемость диэлектрика соответствующего слоя, между щелями и полосками, которые возбуждают щели, λ_ср - длина волны в свободном пространстве на средней частоте рабочего диапазона), в случае Н-щели или щели в форме «конфеты»

Описанный порядок элементов в излучателе, в отличие от прототипа, позволяет изготавливать многослойный печатный излучатель стандартными способами прессования многослойных плат, без применения сверления отверстий на глубину с последующей металлизацией. Многослойная плата прототипа может быть изготовлена только последовательным наращиванием диэлектрических слоев при многократном прессовании платы с последующей обработкой внешнего металлизированного слоя, сверлением отверстий на глубину диэлектрика, и металлизацию этих просверленных отверстий. При таком порядке сборки пакета многослойной платы возможна потеря требуемой точности взаимного расположения элементов из-за возможного смещения металлизированных слоев относительно друг друга, т.к. плату необходимо переставлять с одного оборудования на другое между этапами наращиванием следующих слоев диэлектрика и металлизации и последующей обработки каждого внешнего образующегося слоя. Кроме того, многослойная плата прототипа, за счет слоя с полосковым делителем имеет на 20-25% большую толщину, что существенно усложняет технологию изготовления.

Заявленный многослойный печатный излучатель круговой поляризации фазированной антенной решетки с широкоугольным сканированием по первому варианту работает следующим образом.

В передающей решетке со входов излучателей на полоски 13а, 13б, 13в, 13г подается электромагнитный сигнал, который через металлизированные отверстия 14а, 14б, 14в, 14г питает полоски четвертого слоя металлизации 12а, 12б, 12в, 12 г. В запитанных полосками щелях 11а, 11б, 11в, 11г возбуждается поле линейной поляризация, которое с помощью возбудителей 8а, 8б, 8в, 8г преобразуется в поле круговой поляризации и с помощью пассивных элементов 9а, 9б, 9в, 9г излучается в свободное пространство.

В приемной решетке сигнал круговой поляризации попадает на пассивные элементы излучателя 9а, 9б, 9в, 9г и преобразуется с помощью возбудителей 8а, 8б, 8в, 8г в поле линейной поляризации. Через щели 11а, 11б, 11в, 11г сигнал попадает на полоски (12а и 13а, 12б и 13б, 12в и 13в, 12 г и 13г) и далее на выходы излучателя.

Заявленный многослойный печатный излучатель круговой поляризации фазированной антенной решетки с широкоугольным сканированием по второму варианту работает следующим образом.

В передающей решетке со входов излучателя на полоски 13а₁, 13б₁, 13в₁, 13г₁ подается электромагнитный сигнал, который через металлизированные отверстия 14a₁, 14б₁, 14в₁, 14г₁ питает полоски четвертого слоя металлизации 12a₁, 12б₁, 12в₁, 12г₁. В соответствующих этим полосках щелях 11a₁, 11б₁, 11в₁, 11г₁ возбуждается поле линейной поляризации, которое с помощью возбудителей 8а, 8б, 8в, 8г преобразуется в поле круговой поляризации и с помощью пассивных элементов 9а, 9б, 9в, 9г излучается в свободное пространство.

Круговая поляризация противоположного вращения (далее кроссполяризация) относительно основной излученной круговой поляризации, попадая на излучающие элементы излучателя, преобразуется в поле линейной поляризации, ортогональное тому, из которого сформировалась основная круговая поляризация. Через вторую щель 11а₂, 11б₂, 11в₂, 11г₂, сигнал, проходя через полоски 12а₂, 12б₂, 12в₂, 12г₂, поглощается в согласованной нагрузке, расположенной на шестом металлизированном слое (15а, 15б, 15в, 15г). Таким образом, в излучателе обеспечивается более низкий уровень кроссполяризации по сравнению с прототипом и с излучателем по первому варианту.

В приемной решетке сигнал круговой поляризации попадает на пассивные элементы излучателя 9а, 9б, 9в, 9г и преобразуется с помощью возбудителей 8а, 8б, 8в, 8г в линейную поляризацию. Через одну из щелей 11а₁, 11б₁, 11в₁, 11г₁, соответствующую сформировавшейся линейной поляризации сигнал попадает на полоски, соединенными с выходами излучателя.

В прототипе и заявленном излучателе (по обоим вариантам) для уменьшения уровня кроссполяризации при отклонении луча ФАР до 65 градусов от нормали излучающие элементы объединяются в группы из четырех излучающих элементов с последовательным поворотом относительно друг друга на 90 градусов (речь идет о повороте продольной оси симметрии возбудителя и пассивного элемента каждого из излучающих элементов при обходе четверки излучающих элементов по часовой или против часовой стрелки, см. фигуры 2а, 2б, 3а и 3б). При этом каждый излучающий элемент остается самостоятельной ячейкой ФАР. Такое расположение друг относительно друга четверки излучающих элементов приводит к дополнительному фазовому сдвигу, соответствующему углу поворота, что должен быть скомпенсирован фазовращателями антенной решетки каждого из четырех излучающих элементов в соответствии с таблицей 1.

Далее приведены результаты расчетов для группы из четырех излучающих элементов с последовательным поворотом относительно друг друга на 90 градусов в составе бесконечной решетки в ячейке Флоке для ФАР в Ка-диапазоне с шагом излучателей ~0.5λ_ср, где λ_ср - длина волны в свободном пространстве на средней частоте рабочего диапазона.

На фигурах 14а, 14б, 14в приведены изменения коэффициента усиления (КУ) основной и кроссполяризации при сканировании на углы Theta=0-65 градусов (см. обозначение углов на фиг. 1) на средней частоте рабочего диапазона в плоскостях Phi=0, 45, 90 градусов для прототипа и изобретения по первому варианту исполнения (кривые 1 и 2 - кроссполяризация и основная поляризация для прототипа (кривые 3 и 4 - кроссполяризация и основная поляризация для изобретения по первому варианту исполнения).

Из графиков видно, что в плоскостях сканирования Phi=0 и 90 градусов уровень кроссполяризации (разница между пунктирными и сплошными линиями) в секторе сканирования Theta=0-65 градусов уменьшается до минус 6-8 дБ при отклонении луча на 65 град для прототипа и изобретения по первому варианту исполнения и имеет одинаковый характер. Уровень КУ основной круговой поляризации для прототипа (кривая 2) и для изобретения по первому варианту исполнения (кривая 4) графически сливаются из-за разницы величин между ними в 0.1-0.3 дБ.

На фигурах 15а, 15б, 15в приведены изменения КУ основной и кроссполяризации при сканировании на углы Theta=0-65 градусов на средней частоте рабочего диапазона в плоскостях Phi=0, 45, 90 градусов для изобретения по первому и второму варианту исполнения (кривые 1 и 3 - кроссполяризация и основная поляризация для изобретения по первому варианту исполнения, кривые 2 и 4 - кроссполяризация и основная поляризация для изобретения по второму варианту исполнения).

Из графиков видно, что для второго варианта исполнения изобретения в плоскостях сканирования Phi=0 и 90 градусов уровень кроссполяризации в секторе сканирования Theta=0-65 градусов не превышает минус 13 дБ, в отличие от первого варианта исполнения изобретения, в котором уровень кроссполяризации уменьшается до минус 6-8 дБ при отклонении луча на 65 градусов. Уровень КУ основной круговой поляризации для изобретения по первому варианту исполнения (кривая 3) и для изобретения по второму варианту исполнения (кривая 4) графически сливаются из-за разницы величин между ними в 0.1-0.3 дБ.

На фигурах 16а, 16б, 16в представлены частотные зависимости КСВн для каждого излучающего элемента в излучателе в составе бесконечной решетки при сканировании на углы Theta=0-65 градусов в плоскостях Phi=0, 45, 90 градусов для прототипа (кривые 1,3, 5, 7 для первого, второго, третьего и четвертного излучающего элемента соответственно) и изобретения по первому варианту исполнения (кривые 2, 4, 6, 8 для первого, второго, третьего и четвертного излучающего элемента соответственно). Под первым излучающим элементом подразумевается излучающий элемент содержащий пассивный элемент 8а и возбудитель 9а, под вторым излучающим элементом подразумевается излучающий элемент содержащий пассивный элемент 8б и возбудитель 9б и так далее.

Из графиков видно, что в прототипе КСВн излучающих элементов (пунктирные линии) может достигать 2.9 при отклонении луча на углы 65 градусов. КСВн излучающего элемента по первому варианту реализации (сплошные линии) не превышает 2.6 в секторе углов Theta=0-65 градусов.

На фигурах 17а, 17б, 17в представлены частотные зависимости КСВн для каждого излучающего элемента в излучателе в составе бесконечной решетки при сканировании на углы Theta=0-65 градусов в плоскостях Phi=0, 45, 90 градусов для изобретения по первому (кривые 1, 3, 5, 7 для первого, второго, третьего и четвертного излучающего элемента соответственно) и второму варианту исполнения (кривые 2, 4, 6, 8 для первого, второго, третьего и четвертного излучающего элемента соответственно).

Из графиков видно, что в случае изобретения по первому варианту исполнения (пунктирные линии) КСВн излучающих элементов может достигать 2.6 при отклонении луча на углы 65 градусов. КСВн в случае изобретения по второму варианту исполнения (сплошные линии) не превышает 2.1 в секторе углов Theta=0-65 градусов.

Группа изобретений относится к области антенной техники, а более конкретно к антеннам на основе технологии многослойных печатных плат, и может быть использована при проектировании и изготовлении антенных фазированных решеток с электрически управляемой диаграммой направленности, формирующих луч с круговой поляризацией. Многослойный печатный излучатель по первому варианту выполнен в виде многослойной платы, содержащей шесть слоев металлизации, разделенных слоями диэлектрика. Первый слой металлизации включает в себя пассивные элементы четырех излучающих элементов. Второй слой металлизации включает в себя возбудители излучающих элементов, каждый из которых расположен под соответствующим пассивным элементом, центр каждого из которых, в свою очередь, электрически соединен с центром соответствующего возбудителя. Каждый из упомянутых возбудителей и пассивных элементов выполнен в виде квадрата с отсеченными противолежащими углами. Упомянутые возбудители и пассивные элементы расположены таким образом, что центр симметрии каждого из них находится в соответствующей вершине квадрата, а продольная ось симметрии всех возбудителей и соответствующих пассивных элементов параллельна или перпендикулярна проходящей через возбудителя диагонали квадрата. Третий слой металлизации включает в себя четыре щели, каждая из которых расположена под соответствующим возбудителем и выполнена таким образом, что имеет две перпендикулярные друг другу оси симметрии, продольные оси симметрии которых образуют угол 45 градусов с продольной осью симметрии соответствующего возбудителя. Четвертый слой металлизации включает в себя четыре полосковые линии, каждая из которых электромагнитно связана с соответствующей щелью и с четырьмя полосковыми линиями шестого металлизированного слоя, которые выполнены с возможностью соединения с входом или выходом излучающего элемента. Упомянутые возбудители и пассивные элементы расположены в окнах, в которых слой металлизации отсутствует, а слои металлизации вокруг них электрически соединены металлизированными отверстиями, расположенными вокруг каждого излучающего элемента, друг с другом, с третьим слоем металлизации и пятым слоем металлизации, являющимися заземляющими. Многослойный печатный излучатель по второму варианту отличатся тем, что содержит четыре пары щелей, при этом одна щель из каждой пары электромагнитно соединена (посредством полосковых линий) с согласованной нагрузкой. При использовании группы изобретений достигается технический результат, состоящий в упрощении конструкции излучателя и технологии изготовления без ухудшения (а в случае второго варианта реализации изобретения с существенным улучшением) радиотехнических характеристик. 2 н.п. ф-лы, 27 ил., 1 табл.

1. Многослойный печатный излучатель круговой поляризации фазированной антенной решетки с широкоугольным сканированием, выполненный в виде многослойной платы, содержащей шесть слоев металлизации, разделенных слоями диэлектрика, при этом первый слой металлизации включает в себя пассивные элементы четырех излучающих элементов, второй слой металлизации включает в себя возбудители излучающих элементов, каждый из которых расположен под соответствующим пассивным элементом, центр каждого из которых, в свою очередь, электрически соединен с центром соответствующего возбудителя, каждый из упомянутых возбудителей и пассивных элементов выполнен в виде квадрата с отсеченными противолежащими углами, упомянутые возбудители и пассивные элементы расположены таким образом, что центр симметрии каждого из них находится в соответствующей вершине квадрата, а продольная ось симметрии всех возбудителей и соответствующих пассивных элементов параллельна или перпендикулярна проходящей через возбудитель диагонали квадрата, третий слой металлизации включает в себя четыре щели, каждая из которых расположена под соответствующим возбудителем и выполнена таким образом, что имеет две перпендикулярные друг другу оси симметрии, продольные оси симметрии которых образуют угол 45 градусов с продольной осью симметрии соответствующего возбудителя, четвертый слой металлизации включает в себя четыре полосковые линии, каждая из которых электромагнитно связана с соответствующей щелью и с четырьмя полосковыми линиями шестого металлизированного слоя, которые выполнены с возможностью соединения с помощью полосковой или коаксиальной линии с входом или выходом излучающего элемента, упомянутые возбудители и пассивные элементы расположены в окнах, в которых слой металлизации отсутствует, а слои металлизации вокруг них электрически соединены металлизированными отверстиями, расположенными вокруг каждого излучающего элемента, друг с другом, с третьим слоем металлизации и пятым слоем металлизации, являющимися заземляющими.

2. Многослойный печатный излучатель круговой поляризации фазированной антенной решетки с широкоугольным сканированием, выполненный в виде многослойной платы, содержащей шесть слоев металлизации, разделенных слоями диэлектрика, при этом первый слой металлизации включает в себя пассивные элементы четырех излучающих элементов, второй слой металлизации включает в себя возбудители излучающих элементов, каждый из которых расположен под соответствующим пассивным элементом, центр каждого из которых, в свою очередь, электрически соединен с центром соответствующего возбудителя, каждый из упомянутых возбудителей и пассивных элементов выполнен в виде квадрата с отсеченными противолежащими углами, упомянутые возбудители и пассивные элементы расположены таким образом, что центр симметрии каждого из них находится в соответствующей вершине квадрата, а продольная ось симметрии всех возбудителей и соответствующих пассивных элементов параллельна или перпендикулярна проходящей через возбудитель диагонали квадрата, третий слой металлизации включает в себя пары щелей, расположенные под каждым из возбудителей, каждая щель выполнена таким образом, что имеет две перпендикулярные друг другу оси симметрии, продольные оси симметрии которых взаимно перпендикулярны и образуют угол 45 градусов с продольной осью симметрии соответствующего возбудителя, четвертый слой металлизации включает в себя четыре пары полосковых линий, каждая из которых электромагнитно связана с соответствующей щелью и с четырьмя парами полосковых линий шестого металлизированного слоя, одна линия из каждой из упомянутых пар полосковых линий шестого металлизированного слоя выполнена с возможностью соединения с помощью полосковой или коаксиальной линии с входом или выходом излучающего элемента, а другая подключена к соответствующей согласованной нагрузке, упомянутые возбудители и пассивные элементы расположены в окнах, в которых слой металлизации отсутствует, а слои металлизации вокруг них электрически соединены металлизированными отверстиями, расположенными вокруг каждого излучающего элемента, друг с другом, с третьим слоем металлизации и пятым слоем металлизации, являющимися заземляющими.