ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА ЧЕТЫРЕХСЕКЦИОННАЯ Российский патент 2024 года по МПК H01Q9/34 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для построения фазированных антенных решеток в составе антенных устройств систем радиосвязи или радиолокационных устройств.

Известна антенная решетка [Патент №2296400 от 29.07.2005 г. по МПК H01Q 9/34], выполненная в виде ряда вибраторных излучателей, размещенных с шагом, равным половине длины волны, на корпусе распределительной системы, выполненной на жесткой коаксиальной линии, отличающаяся тем, что к точкам ответвления распределительной системы на ближайшие к ее середине вибраторные излучатели подключены отрезки жесткой коаксиальной линии, образующие совместно с четвертьволновыми трансформаторами, соединяющими, подключенный к середине распределительной системы суммарный вход с указанными вибраторными излучателями, кольцевой мост к которому подключен разностный вход на расстоянии в одну четверть длины волны от одного из указанных вибраторных излучателей и в три четверти длины волны - от другого, а противофазное возбуждение половин линейной антенной решетки и, соответственно, формирование разностной диаграммы направленности обеспечивается разницей путей от этого разностного входа до точек подключения кольцевого моста к распределительной системе, составляющей половину длины волны. Антенная решетка содержит отражатель и несколько излучателей, каждый из которых содержит симметричный вибратор, выполненный в виде двух плоских металлических элементов, имеющих одинаковые прямоугольные плечи, внешний и внутренний проводник для подключения симметричного вибратора к внешней линии передачи сигнала, при этом излучатели установлены на прямоугольном плоском отражателе, излучатели расположены в две линейки по четыре штуки в каждой, центры излучателей в верхней линейке смещены относительно центров излучателей в нижней линейке на половину расстояния между излучателями вправо, расстояние между линейками по вертикали равно 0,5…0,6λ, отражатель имеет восемь прямоугольных отверстий, центры которых совпадают с центрами излучателей, отверстия предназначены для соединения внутреннего проводника каждого излучателя с внешней фидерной линией передачи сигнала, левый нижний боковой край отражателя имеет прямоугольный выступ в нижней половине отражателя, а правый верхний боковой край отражателя имеет прямоугольный выступ в верхней половине отражателя с шириной 0,25…0,26 расстояния между излучателями. Недостатком этой антенной решетки является отсутствие возможности изменения фазовых соотношений в цепи каждого излучателя.

Наиболее близкой по сущности к изобретению является антенна [Патент №2486643 от 15.11.2011 г. по МПК H01Q 9/34], взятая за прототип, включающая в себя отражатель и несколько излучателей, каждый из которых содержит симметричный вибратор, выполненный в виде двух плоских металлических элементов, имеющих одинаковые прямоугольные плечи, внешний и внутренний проводник для подключения симметричного вибратора к внешней линии передачи сигнала, при этом излучатели расположены перпендикулярно к плоскому металлическому отражателю, плоскости излучателей расположены вдоль продольной оси антенной решетки. Проводники подключения вибратора выполнены в виде плоской воздушной трехпроводной линии передачи, содержащей два внешних проводника, на которых крепятся плечи симметричного вибратора и расположенный между ними внутренний проводник. Для устойчивого обеспечения приема-передачи антенной решетки необходимо, чтобы полезный сигнал, падающий на поверхность отражателя, отражался от него под прямым углом (90°) относительно плоскости отражателя. В том случае, если на пути полезного сигнала появляется щелевое соединение возникает рефракция, т.е. угол отражения будет отличным от 90°, что приводит к появлению неортогональных колебаний, в результате появляется побочный сигнал, который не совпадает по частоте с полезным. Побочный сигнал интерферирует с полезным сигналом, что приводит к уменьшению амплитуды полезного сигнала, падению мощности и соответственно к неустойчивой работе фазированной антенной решетки.

К недостаткам прототипа можно отнести:

- трудоемкий способ сборки антенны;

- соединение встык внутренних кромок четырех секций антенны не обеспечивает целостности отражателя, что ведет к появлению зазоров в щелевом соединении и смещению кромок частей отражателя относительно друг друга, что нарушает электрическую проводимость отражателя и приводит к появлению рефракции полезного сигнала, а также к появлению побочного сигнала;

- наличие выступающих поверхностей (головки винтов) ведет к появлению побочного сигнала и интерференции;

- появление вибрации вследствие низкой механической жесткости в особенности при использовании антенны на подвижном носителе;

- появление эффекта резонанса, что может привести к разрушению конструкции;

- сложность обработки используемого в конструкции дюралюминия;

- высокая стоимость используемых материалов.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение возможности построения на его основе фазированной антенной решетки в которой будут снижены паразитные излучения за счет уменьшения зазора при соединении секций, снижена трудоемкость за счет применения пазового способа соединения секций антенны, повышена вибропрочность излучателей за счет изменения их формы (круглые плоские металлические излучатели), снижено явление интерференции за счет снижения выступающих элементов (головки винтов), снижена себестоимость за счет применения дешевых материалов (стеклотекстолит).

Сущность изобретения

Решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что в изобретении применена печатная технология изготовления секций антенны и использована схема крепления секций антенны с минимальным количеством крепежных элементов (винтов) [Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. Под редакцией профессора Д.И. Воскресенского, Москва, «Радио и связь», 1981 - стр. 37-38].

Такое конструктивное исполнение обеспечивает плотность прилегания друг к другу торцевых поверхностей четырех секций антенны. Это позволяет уменьшить зазор щелевого соединения и уменьшить количество крепежных элементов с выступающими поверхностями, что снижает появление побочного излучения и частично устраняет интерференцию побочного и полезного сигналов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-фиг. 5

Секция представляет из себя пластину, выполненную из стеклотекстолита (фиг. 1), которая имеет в своем составе 8 круглых плоских металлических излучателей 1, расположенных на диэлектрической подложке 2 с проводящим металлическим экраном 3, который расположен с обратной стороны секции. Возбуждение круглых плоских металлических излучателей происходит с помощью штырей 4 (фиг. 1), к которым с помощью коаксиальных соединителей 5 подстыковываются коаксиальные фидеры.

Первая секция (фиг. 1) имеет соединительные пазы 6 по нижнему и правому торцам первой секции, и отверстие в левом верхнем углу 7. Вторая секция (фиг. 2) имеет выступ 8 в верхнем торце, а с правого торца имеет паз 9, также в левом нижнем углу имеется отверстие 10. Третья секция (фиг. 3) имеет выступ 11 по левому торцу и паз 12 по нижнему торцу, в правом верхнем углу имеется отверстие 13. Четвертая секция (фиг. 4) имеет выступы 14 по левому и верхнему торцам секции, в правом нижнем углу имеется отверстие 15.

Проведенный сравнительный анализ заявленной фазированной антенной решетки (далее ФАР) и прототипа показывает, что заявленная ФАР отличается тем, что:

- секции в прототипе выполнены из дюралюминия, в отличие от этого в предлагаемой ФАР используется стеклотекстолит, что позволяет снизить удешевить конструкцию ФАР и учитывая, что стеклотекстолит хорошо обрабатывается (фрезеруется, сверлится и т.д.), снижается трудоемкость и время изготовления секций;

- в прототипе в качестве излучателей используются цельнометаллические симметричные вибраторы, которые крепятся винтами к секциям, что не обеспечивает достаточной жесткости конструкции при внешних воздействиях, а в предлагаемой ФАР излучатели имеют круглую плоскую форму, что положительно сказывается на вибропрочности ФАР и позволяет использовать ее на подвижном носителе;

- в прототипе сборка секций осуществляется с помощью винтов, а в предлагаемой ФАР сборка будет осуществляться с помощью пазового соединения, что позволяет избавиться от выступающих поверхностей, а это ведет к снижению явления интерференции (сложения) полезного и побочного сигналов;

- в прототипе питание излучателей осуществляется трехпроводной линией, а в предлагаемой ФАР питание круглых металлических плоских излучателей осуществляется с помощью коаксиальных фидеров, что позволяет снизить влияние побочных сигналов на линию питания, так как коаксиальные фидеры имеют в своем составе защитный экран.

Секции изготавливают из стеклотекстолита толщиной 8 мм методом травления медной фольги по защитному изображению (печатная технология). Выступы и пазовые отверстия шириной 4 мм изготавливают фрезерованием по чертежам. Крепежные отверстия (4 шт.) сверлятся в углах секций в соответствии с чертежами.

Процесс сборки происходит в три этапа с использованием опрессовки:

1. Первая секция антенны соединяется со второй при помощи пазового соединения.

2. Третья секция соединяется с первой и второй следующим образом: выступ третьей секции соединяется с пазом первой секции.

3. Четвертая секция выступом заводится в паз с правой стороны антенны (с торца) и поступательным движением влево совмещается выступом с пазом третьей секции.

Антенна в сборе (фиг. 5) представляет собой конструкцию, которая обеспечивает неподвижность секций антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, обеспечивает плотное прилегание кромок секций антенны друг к другу без зазора, что положительно сказывается на качестве передачи. Секция, изготовленная из стеклотекстолита, устойчива к воздействию климатических факторов: температуры окружающей среды от минус 50°С до плюс 60°С, относительной влажности воздуха до 98%±2% при температуре плюс 35°С. Изобретение разработано на уровне конструкторского эскиза по которому может быть изготовлен макет для реализации данного технического решения.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для построения фазированных антенных решеток в составе антенных устройств систем радиосвязи или радиолокационных устройств. Технический результат – повышение вибропрочности и снижение интерференции полезного и побочного сигналов антенной решетки. Результат достигается тем, что предложена фазированная антенная решетка четырехсекционная, отличающаяся тем, что изготовлена при помощи печатной технологии, имеет в своем составе четыре секции из стеклотекстолита, соединенных между собой пазовым соединением и снабженная отверстиями на внешних углах каждой секции, имеющая в своем составе 32 круглых плоских металлических излучателя с расстоянием между ними по вертикали и по горизонтали 0,5…0,6λ длины волны центральной частоты рабочего диапазона, причем центры излучателей в верхней линейке смещены вправо относительно центров излучателей в нижней линейке на половину расстояния между излучателями, расположенными вдоль продольной оси антенной решетки, перпендикулярно к плоскости секций из стеклотекстолита, возбуждение которых осуществляется с помощью штырей, подключенных с обратной стороны антенны к коаксиальным фидерам с помощью коаксиальных соединителей. 5 ил.

Фазированная антенная решетка четырехсекционная, отличающаяся тем, что изготовлена при помощи печатной технологии, имеет в своем составе четыре секции из стеклотекстолита, соединенных между собой пазовым соединением и снабженная отверстиями на внешних углах каждой секции, имеющая в своем составе 32 круглых плоских металлических излучателя с расстоянием между ними по вертикали и по горизонтали 0,5…0,6λ длины волны центральной частоты рабочего диапазона, причем центры излучателей в верхней линейке смещены вправо относительно центров излучателей в нижней линейке на половину расстояния между излучателями, расположенными вдоль продольной оси антенной решетки, перпендикулярно к плоскости секций из стеклотекстолита, возбуждение которых осуществляется с помощью штырей, подключенных с обратной стороны антенны к коаксиальным фидерам с помощью коаксиальных соединителей.