ПОЛОТНО СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОЙ ВОЛНОВОДНОЙ ПРИЕМНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ЛИНЕЙНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ Российский патент 2022 года по МПК H01Q9/00 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для приема и определения направления прихода радиосигналов линейной поляризации в составе цифровой антенной решетки.

Из предшествующего уровня техники известно антенное полотно активной фазированной антенной решетки (АФАР), содержащее излучатели широкополосной антенной решетки, в которой излучающие элементы размещены в узлах гексагональной сетки (см. патент США Ji 5227808, кл. H01Q 15/20, 1993). Данная конструкция имеет большие продольные габаритные размеры, особенно длину излучателя, что влияет н а габаритные размеры ФАР. Недостаток узкая полоса и большое число каналов.

Известно также полотно приемной телевизионной антенны, состоящее из двух подключенных к общей нагрузке симметричных относительно продольной оси частей, каждая из которых представляет собой контур со средней длиной, близкой к максимальной длине волны рабочего диапазона λ_макс, образованный короткозамкнутым вибратором, расположенным параллельно продольной оси на удалении 0,20…0,25 λ_макс от нее, и разрезным вибратором, две части которого имеют в области подключения нагрузки расширение с параллельным поперечной оси краем, концы разрезного вибратора смещены от концов короткозамкнутого вибратора в сторону продольной оси и соединены с ними перемычками, и в каждую из двух частей полотна помимо упомянутого основного контура вводятся дополнительный разрезной вибратор, две части которого соединяют промежуточные точки короткозамкнутого вибратора основного контура с точками подключения нагрузки (см. патент РФ на полезную модель J 29807, кл. H01Q 9/00, 2003). Недостатками данного устройства являются его низкие функциональные возможности, обусловленные узкой полосой рабочих частот.

Также известно антенное полотно активной фазированной антенной решетки на основе широкополосных излучающих элементов (см. патент Международной публикации WO 2012/067548 А2, кл. H01Q 13/28 (2006.01)). Полотно антенной решетки имеет несущую основу в виде прямоугольной сетки из изоляционного материала с расположенной на ней, по меньшей мере, одной симметричной полосковой линией полоскового делителя мощности, выполненной из электропроводящего материала, и образующие приемную и передающую подрешетки антенны линейные излучатели, каждый из которых состоит из широкополосных излучающих элементов, выполненных с возможностью возбуждения, которое поступает на них от, по меньшей мере, одной симметричной полосковой линии полоскового делителя мощности, при этом линейные излучатели размещены в узлах прямоугольной сетки. Кроме того, каждый линейный излучатель состоит из, по меньшей мере, четырех широкополосных излучающих элементов. Кроме того, каждый линейный излучатель выполнен с возможностью изменения ширины и формы его диаграммы направленности за счет изменения количества образующих его широкополосных излучающих элементов. Кроме того, расстояние между соседними линейными излучателями равно (0,55-0,7)⋅λ, где λ - значение длины волны, соответствующей величине среднего значения частоты рабочего диапазона антенны. Кроме того, по меньшей мере, одна симметричная полосковая линия выполнена, по меньшей мере, четырехканальной, а приемная и передающая подрешетки антенны выполнены с возможностью изменения апертуры антенны. Недостатком данного устройства является узкая полоса рабочих частот и большое число каналов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является увеличение рабочей полосы частот полотна сверхширокополосной волноводной приемной антенной решетки линейной поляризации до октавы и уменьшение числа излучателей до 4-х.

Данный технический результат достигается за счет того, что полотно сверхширокополосной волноводной приемной антенной решетки линейной поляризации состоит из проводящего основания, на котором располагаются 4 сверхширокополосных волноводных излучателей линейной поляризации, с полосой рабочих частот октава, при специальном подборе геометрических размеров между ними и их расположении относительно проводящего основания. Пространственная селективность обеспечивается расстоянием между самыми крайними излучателями более 11 длин волн. Неоднозначность при этом устраняется за счет использования 2х пар излучателей, расстояния между которыми составляют 2 и 1.5 длины волны соответственно.

Полотно сверхширокополосной волноводной приемной антенной решетки линейной поляризации состоит из проводящего основания (1) и сверхширокополосных волноводных излучателей линейной поляризации (2) (фиг. 1). Размеры укажем в длинах волн λ₀, где λ₀ - длина волны в свободном пространстве, соответствующая средней частоте рабочего диапазона. Проекция сверхширокополосного волноводного излучателя линейной поляризации на плоскость X0Y показа на (фиг. 2). Ширина основания АР длина расстояния от центра излучателя А₁ до края основания АР длина расстояния от центра излучателя А₄, до края основания АР также составляет величину длина расстояния от верхнего края излучателя А₄, до края основания АР длина расстояния от верхнего края излучателя А₁ до края основания АР также составляет величину длина расстояния от бокового края излучателя А₄ до края основания АР длина расстояния от бокового края излучателя А₁ до края основания АР также составляет величину (см. фиг. 2). Излучатель полотна сверхширокополосной волноводной приемной антенной решетки линейной поляризации повернут на 45° в плоскости X0Y. Проекция сверхширокополосного волноводного излучателя линейной поляризации на плоскость Z0Y показа на (фиг. 3). Длина основания АР толщина основания АР 0.005λ₀≤с≤0.02λ₀. Расстояние между излучателями показано (на фиг. 4). Расстояние между излучателями A₁-А₂ составляет 1.95λ₀≤а₁≤2.05λ₀; расстояние между излучателями A₁ - А₃ составляет 9.4λ₀≤а₂≤9.6λ₀; расстояние между излучателями A₁-А₄ составляет 11λ₀<а₃<11.2λ₀ и обеспечивает селективность по углу.

Разность расстояний a₁ - (а₂ - а₃)≈0.5λ₀ обеспечивает устранение неоднозначности определения угла приема сигнала в цифровую антенную решетку. Расстояния между самыми ближними излучателями >1.5λ₀, что обеспечивает уменьшение взаимного влияния излучателей.

Полотно должно обеспечивать наклон нормали к плоскости антенного полотна 30° в угломестной плоскости, что составляет половину ширины диаграммы направленности в соответствующей плоскости излучателей из которых состоит полотно сверхширокополосной волноводной приемной антенной решетки линейной поляризации (см. фиг. 5).

Таким образом, достигается технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, - увеличение рабочей полосы частот сверхширокополосной волноводной приемной антенной решетки линейной поляризации до октавы и уменьшение числа излучателей до 4-х.

Использование: изобретение относится к антенной технике и предназначено для приема и определения направления прихода радиосигналов линейной поляризации в составе цифровой антенной решетки. Сущность: полотно сверхширокополосной волноводной приемной антенной решетки линейной поляризации с проводящим основанием и сверхширокополосных волноводных излучателей линейной поляризации, в количестве 4-х штук. Ширина основания АР составляет от 1,74λ₀ до 1,76λ₀, где λ₀ - длина волны в свободном пространстве, соответствующая средней частоте рабочего диапазона. Длина расстояния от центра первого излучателя до края основания АР составляет от 0,8λ₀ до 0,83λ₀; длина расстояния от центра четвертого излучателя до края основания АР также составляет от 0,8λ₀ до 0,83λ₀; длина расстояния от верхнего края четвертого излучателя до края основания составляет от 0,44 λ₀ до 0,46λ₀; длина расстояния от верхнего края первого излучателя до края основания АР также составляет от 0,44λ₀ до 0,46λ₀; длина расстояния от бокового края четвертого излучателя до края основания АР составляет от 0,36λ₀ до 0,38λ₀; длина расстояния от бокового края первого излучателя до края основания АР также составляет от 0,36λ₀ до 0,38λ₀. Длина основания АР составляет от 12,.5λ₀ до 12,7λ₀, толщина основания АР равна от 0,005λ₀ до 0,02λ₀. Расстояние между фазовыми центрами первого и второго излучателей составляет от 1,95λ₀ до 2,05λ₀; расстояние между фазовыми центрами первого и третьего излучателей составляет от 9,4λ₀ до 9,6λ₀; расстояние между фазовыми центрами первого и четвертого излучателей составляет от 11λ₀ до 11,2λ₀ и обеспечивает селективность по углу, а неоднозначность определения углового положения устраняется за счет использования 2-х пар излучателей, расстояния между которыми составляют 2 и 1,5 длины волны соответственно, при этом расстояния между самыми ближними излучателями менее 1,5λ₀, что обеспечивает уменьшение взаимного влияния излучателей. Технический результат: увеличение рабочей полосы частот до октавы и уменьшение числа излучателей до 4-х. 5 ил.

Полотно сверхширокополосной волноводной приемной антенной решетки линейной поляризации, характеризующееся тем, что оно состоит из проводящего основания, на котором располагаются 4 сверхширокополосных волноводных излучателя линейной поляризации, отличающееся тем, что ширина основания АР составляет от 1,74λ₀ до 1,76λ₀, длина расстояния от центра первого излучателя до края основания АР составляет от 0,8λ₀ до 0,83λ₀; длина расстояния от центра четвертого излучателя до края основания АР также составляет от 0,8λ₀ до 0,83λ₀; длина расстояния от верхнего края четвертого излучателя до края основания составляет от 0,44λ₀ до 0,46λ₀; длина расстояния от верхнего края первого излучателя до края основания АР также составляет от 0,44λ₀ до 0,46λ₀; длина расстояния от бокового края четвертого излучателя до края основания АР составляет от 0,36λ₀ до 0,38λ₀; длина расстояния от бокового края первого излучателя до края основания АР также составляет от 0,36λ₀ до 0,38λ₀, длина основания АР составляет от 12,5λ₀ до 12,7λ₀, толщина основания АР составляет от 0,005λ₀ до 0,02λ₀, расстояние между фазовыми центрами первого и второго излучателей составляет не менее 1,95λ₀; расстояние между фазовыми центрами третьего и четвертого излучателей составляет не менее 1,45λ₀; расстояние между фазовыми центрами первого и четвертого излучателей составляет более 11λ₀ и обеспечивает селективность по углу, где λ₀ - средняя длина волны рабочего диапазона в вакууме.