Способ построения печатного излучателя с круговой поляризацией Российский патент 2024 года по МПК H01Q1/38 H01Q3/26 

Изобретение относится к антенной технике, а именно к способам построения излучателей для антенных решеток с вращающейся поляризацией поля, и может быть использовано для антенных систем спутниковой связи.

Известен способ построения печатного спирального излучателя с круговой поляризацией [1, стр. 303. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника. 2012], при котором выполняют на печатной плате полосковую спиральную топологию из двух ветвей, которые возбуждают линией передачи, совмещенной с согласующим устройством. Размещают печатную плату в резонаторе или над проводящим экраном.

К недостаткам известного способа следует отнести отсутствие фазового центра у получаемого спирального излучателя, как указано в [2, стр. 313. Корбанский И.Н. Антенны. М.: Энергия. 1973.], что затрудняет его использование для построения антенных решеток с электронным сканированием лучом.

Известен способ построения прямоугольного печатного излучателя с круговой поляризацией [1, стр. 287-288], при котором возбуждают прямоугольный печатный излучатель двумя штырями, расположенными на продольной и поперечной осях симметрии излучателя. Сигналы, подаваемые на штыри, должны иметь одинаковые амплитуды и разность фаз равную 90°.

Недостатком известного способа является узкополосность печатных прямоугольных излучателей, относительная полоса которых не превышает 5% при необходимости иметь величину коэффициента полезного действия (КПД) излучателя не менее 0,75, как указано в [3, стр. 102. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь. 1986. 144 с.].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ построения печатного излучателя с круговой поляризацией [2, с. 302-303], взятый за прототип, при котором выполняют излучатель из пары печатных скрещенных вибраторов, подают на входы вибраторов сигналы со сдвигом фаз 90°.

К недостаткам способа-прототипа следует отнести необходимость использования, кроме печатного излучателя, дополнительных устройств для реализации круговой поляризации, поскольку на входы вибраторов необходимо подавать сигналы со сдвигом фаз 90°.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции излучателя.

Для решения указанной технической проблемы предлагается способ построения печатного излучателя с круговой поляризацией, при котором выполняют излучатель из пары скрещенных вибраторов.

Согласно изобретению, выполняют первые плечи первого и второго вибраторов на одной стороне печатной платы, соединяют первые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона частот, выполняют вторые плечи первого и второго вибраторов на другой стороне печатной платы, соединяют вторые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4, при этом первые и вторые плечи первого и второго вибраторов выполняют треугольной формы, а печатную плату с излучателем закрепляют над проводящим экраном на стойке, представляющей собой печатную плату прямоугольной формы с линией связи, через которую запитывают излучатель, выполняют ширину стойки не более 1/2 длины плеч излучателя, при этом верхний конец стойки вставляют в прямоугольное отверстие в печатной плате с излучателем таким образом, чтобы верхний край стойки выступал над верхней плоскостью печатной платы.

Техническим результатом предлагаемого способа является снижение массы печатного излучателя с круговой поляризацией, что обусловлено отсутствием дополнительных устройств по сдвигу фазы сигналов, подаваемых на вибраторы из состава излучателя.

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и способа-прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем: в способе-прототипе используются внешние дополнительные устройства по сдвигу фазы сигналов, подаваемых на вибраторные излучатели, в то время как в предлагаемом способе используются встроенные печатные фазовращатели, обеспечивающие автоматический сдвиг фазы сигналов между двумя вибраторами.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения печатного излучателя с круговой поляризацией из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На чертеже приведена конструкция печатного излучателя с круговой поляризацией, построенного по предложенному способу.

При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:

- выполняют излучатель из пары скрещенных вибраторов - 1;

- выполняют первые плечи первого и второго вибраторов на одной стороне печатной платы, соединяют первые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона частот - 2;

- выполняют вторые плечи первого и второго вибраторов на другой стороне печатной платы, соединяют вторые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4-3;

- выполняют первые и вторые плечи первого и второго вибраторов треугольной формы - 4;

- печатную плату с излучателем закрепляют над проводящим экраном на стойке, представляющей собой печатную плату прямоугольной формы с линией связи, через которую запитывают излучатель - 5.

- выполняют ширину стойки не более 1/2 длины плеч излучателя, при этом верхний конец стойки вставляют в прямоугольное отверстие в печатной плате с излучателем таким образом, чтобы верхний край стойки выступал над верхней плоскостью печатной платы.

Печатный излучатель с круговой поляризацией, построенный по предложенному способу, включает в себя (чертеж) печатную плату 1, расположенную над проводящим экраном 2. На печатной плате 1 выполнена пара скрещенных вибраторов, при этом на одной стороне печатной платы 1 располагают первое плечо 3 первого вибратора и первое плечо 4 второго вибратора, которые соединены печатной перемычкой 5 длиной λ/4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона частот.

На другой стороне печатной платы 1 расположены второе плечо 6 первого вибратора и второе плечо 7 второго вибратора, которые соединены печатной перемычкой 8 длиной λ/4. Первое плечо 3 и второе плечо 6 первого вибратора, а также первое плечо 4 и второе плечо 7 второго вибратора выполняют треугольной формы.

Печатная плата 1 закреплена на проводящем экране 2 с помощью стойки 9, представляющей собой печатную плату прямоугольной формы с линией связи, через которую запитывают излучатель. Ширину стойки 9 выполняют не более 1/2 длины плеч излучателя, при этом верхний конец стойки вставляют в прямоугольное отверстие в печатной плате 1 с излучателем таким образом, чтобы верхний край стойки выступал над верхней плоскостью печатной платы 1.

Печатный излучатель с круговой поляризацией на чертеже работает следующим способом. В режиме передачи излучаемый радиосигнал подается на первый вибратор на стойке 9 через линию связи (на чертеже не показана). На одной стороне печатной платы 1 сигнал с первого плеча 3 первого вибратора сдвигается по фазе на 90° в печатной перемычке 5 и поступает на первое плечо 4 второго вибратора. На другой стороне печатной платы 1 сигнал со второго плеча 6 первого вибратора сдвигается по фазе на 90° в печатной перемычке 8 и поступает на второе плечо 7 второго вибратора.

Поскольку сигналы на первом плече 3 и втором плече 6 первого вибратора сдвинуты на 90° относительно первого плеча 4 и второго плеча 7 второго вибратора, в пространство излучается сигнала с круговой поляризацией.

Выполненный по предлагаемому способу печатный излучатель с круговой поляризацией имеет один вход, а для его работы не требуются внешние устройства сдвига фаз, в то время как в прототипе необходимо использование внешних фазовращателей.

Применение предлагаемого способа обеспечивает снижение массы печатного излучателя с круговой поляризацией за счет отсутствия дополнительных устройств.

Работоспособность предлагаемого способа была проверена на макете печатного излучателя с круговой поляризацией (чертеж). Испытания показали совпадение полученных характеристик с расчетными.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к способам построения излучателей для антенных решеток с вращающейся поляризацией поля, и может быть использовано для антенных систем спутниковой связи. Техническим результатом является снижение массы печатного излучателя с круговой поляризацией. Предложен способ построения печатного излучателя с круговой поляризацией из пары скрещенных вибраторов, где выполняют первые плечи первого и второго вибраторов на одной стороне печатной платы, соединяют первые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона частот, выполняют вторые плечи первого и второго вибраторов на другой стороне печатной платы, соединяют вторые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4. Первые и вторые плечи первого и второго вибраторов выполняют треугольной формы, а печатную плату с излучателем закрепляют над проводящим экраном на стойке, представляющей собой печатную плату прямоугольной формы с линией связи, через которую запитывают излучатель, выполняют ширину стойки не более 1/2 длины плеч излучателя, при этом верхний конец стойки вставляют в прямоугольное отверстие в печатной плате с излучателем таким образом, чтобы верхний край стойки выступал над верхней плоскостью печатной платы. 1 ил.

Способ построения печатного излучателя с круговой поляризацией, при котором выполняют излучатель из пары скрещенных вибраторов, отличающийся тем, что выполняют первые плечи первого и второго вибраторов на одной стороне печатной платы, соединяют первые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4, где λ - длина волны середины рабочего диапазона частот, выполняют вторые плечи первого и второго вибраторов на другой стороне печатной платы, соединяют вторые плечи первого и второго вибраторов печатной перемычкой длиной λ/4, при этом первые и вторые плечи первого и второго вибраторов выполняют треугольной формы, а печатную плату с излучателем закрепляют над проводящим экраном на стойке, представляющей собой печатную плату прямоугольной формы с линией связи, через которую запитывают излучатель, выполняют ширину стойки не более 1/2 длины плеч излучателя, при этом верхний конец стойки вставляют в прямоугольное отверстие в печатной плате с излучателем таким образом, чтобы верхний край стойки выступал над верхней плоскостью печатной платы.