Двухполосная двухполяризационная антенная ячейка Российский патент 2025 года по МПК H01Q21/06 H01Q13/02 

Область применения

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для построения двухканальных синфазных высокоэффективных антенных решеток (АР), имеющих две сверхширокие полосы пропускания с ортогональными круговыми поляризациями, полотно которых не имеет физического разделения на отдельные апертуры.

Уровень техники

В течение нескольких десятилетий беспроводная связь претерпела множество изменений и трансформаций, превратившись в основной инструмент информационного взаимодействия. В зависимости от внешних условий, месторасположения и назначения применяются разные типы связи - мобильная или радиорелейная, и их разновидности. Соответствующее СВЧ оборудование обладает строго заданными параметрами, позволяющими максимально реализовывать возможности выбранной связи.

В настоящее время стоит масштабная задача развертывания и интенсивного развития глобальной системы спутниковой связи с целью максимального расширения зоны покрытия, обеспечения доступности стабильных широкополосных каналов приема-передачи данных, а также выполнения дистанционного зондирования земли.

Известен широкополосный антенный элемент на связанных кольцах для фазированных решеток (Патент RU 2603530, опубл. 27.11.2016; МПК: H01Q9/04), который содержит проводящий резонатор на связанных кольцах, имеющий электромагнитную связь по меньшей мере с одним фидером. Проводящий резонатор и фидер дополнительно окружены клеткой Фарадея, которая гальванически связана с экранирующей заземленной плоскостью, образующей электромагнитный экран для проводящего резонатора и фидера. Антенный элемент может быть выполнен в многослойной печатной плате, имеющей 2, 3, 4 или более слоев. В соответствии с вариантами осуществления, антенный элемент может иметь 1 или 2 фидера, выполненных во втором слое, находящемся под проводящим резонатором, который имеет несколько кольцевых элементов, соединенных настроечными перемычками.

Недостатками указанного антенного элемента являются ограничение полосы согласования частотами или приемного, или передающего каналов в отдельности. Ввиду этого антенная система, построенная на основе такого антенного элемента, должна включать в себя две отдельные АР, где полотно одной и система питания настроены на частоты приемного канала, а полотно другой и система питания на частоты передающего канала.

Еще одним недостатком указанного антенного элемента является сложность реализации круговой поляризации, при том что обеспечение ортогональных направлений вращения одновременно невозможно без применения цифровых каналов, стоимость которых в разы превышает аналоговые варианты. Конструкция указанного антенного элемента такова, что при работе с одним или двумя фидерами напрямую всегда формируется поле только линейной поляризации. Поле круговой поляризации формируется при подключении фидеров к фазосдвигающим устройствам, таким как квадратурные мосты, линии задержки или управляемые СВЧ каналы с амплитудно-фазовым регулированием, подразумевающие построение активных фазированных антенных решеток (АФАР).

Известна высоконаправленная двухполяризационная сверхширокополосная антенная решетка для приложений радиочастотных меток RFID (Fatemeh Babaeian, Nemai Chandra Karmakar. "A High Gain Dual Polarized Ultra-Wideband Array of Antenna for Chipless RFID Applications" in IEEE Access, vol. 6, pp.73702-73712, December 2018), апертура которой содержит 64 элемента, а конструкция состоит из 6 чередующихся слоев, выполненных на диэлектрических подложках. Первые два верхних слоя состоят из переизлучающего и возбуждаемого квадратных микрополосковых патчей с воздушным зазором для увеличения полосы согласования, расположенных в прямоугольной сетке. Следующий слой это связанная линия питания U-образной формы в виде Т-делителя мощности с двумя выходными плечами сопротивлением 100 Ом и входной линией 50 Ом. Указанная раздвоенная линия питания путем емкостной связи возбуждает нижнюю патч-антенну. Следующий нижний слой - это слой заземления с соединительной диафрагмой в виде перекрещивающихся щелей. Диафрагма предназначена для осуществления емкостной связи возбуждаемого патча со второй линией питания, повернутой на 90° и соответственно обеспечивающей ортогональную поляризацию. Пятый слой структуры представляет собой дополнительный отражатель, форма и размеры которого совпадают с диафрагмой. Дополнительный отражатель используется для увеличения полосы согласования. Последним элементом конструкции является сплошной металлический экран для улучшения соотношения уровня максимума ДН к задним лепесткам и уменьшения чувствительности антенны к воздействию окружающей среды. Всего в конструкции предусмотрено 4 воздушных зазора. Подложкой для первых 4 слоев антенны служит материал TLX-8, последние 2 слоя изготовлены на FR-4 с целью снижения стоимости антенны.

В такой АР, по сравнению с вышеуказанным вариантом, отсутствует недостаток касательно ограничения полосы согласования. Теоретически конструкция способна перекрыть одновременно полосы частот приемного и передающего каналов в выделенных диапазонах спутниковой связи. Однако шаг решетки составляет 0,8 длины волны относительно центральной частоты заявленной полосы согласования шириной чуть более 50%. Таким образом, антенные элементы на верхней границе рабочей полосы расположены на расстоянии длины волны, что неизбежно приведет к появлению дифракционных лепестков, так как ширина ДН одиночного элемента составляет около 60° и не способствует их подавлению. Стоит отметить, что система питания АР реализована полностью печатным способом на микрополосковых Т-делителях мощности в соответствии с параллельной схемой. Такой способ не пригоден на частотах спутниковой связи Ku, К или Ка-диапазонов, так как теряет свои преимущества в удобстве технического исполнения в сравнении с недостатком высокого уровня активных потерь, особенно для многоэлементных АР, где требуется достижение коэффициента усиления не менее 35-37 дБ при жестком ограничении габаритов апертуры. Еще одним недостатком указанной двухполяризационной сверхширокополосной антенной решетки является отсутствие круговой поляризации. Конструкция АР такова, что при работе с одним или другим каналом системы питания напрямую всегда формируется поле только линейной поляризации.

Известна двухдиапазонная антенна системы спутникового телевидения (Фам Ван Винь. Двухдиапазонная антенна системы спутникового телевидения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Москва, 2018, 114 с), полотно которой формируется массивом рупорных элементов с различной формой раскрыва, настроенных для разных диапазонов частот при работе на прием и на передачу соответственно. Форма раскрыва рупоров выбирается из условия их размещения в одной апертуре и расположения в прямоугольной сетке предлагается применение эллиптической, крестообразной или ромбической, при этом отмечается, что эллиптическая форма раскрыва предпочтительнее ввиду лучших импедансных свойств, однако крестообразная форма раскрыва обладает большей чистотой поляризации (Cross-polarization Discrimination - XPD) ввиду своей геометрии, при которой суммарное поле содержит меньший уровень кросс-компоненты. Система питания антенны строится на коаксиальной структуре в соответствии с параллельной схемой, образуя 2 независимых канала.

Указанная антенна изначально рассчитана для работы в качестве АР, пригодной для использования в спутниковых системах телевидения, поэтому конструкция способна перекрыть одновременно полосы частот приемного и передающего каналов спутниковой связи Ku-диапазона по критерию уровня коэффициента отражения не более -10 дБ. В этом случае пассивные потери мощности составляют 0,5 дБ. Применение коаксиального способа для построения системы питания существенно увеличивает активные потери по сравнению с классическим волноводным, кроме того, это нетехнологично для производства. В итоге КПД АР из более чем 100 элементов может оказаться менее 50%, что не удовлетворяет условию высокой эффективности современных многоэлементных АР. Поляризация двухдиапазонной антенны является ортогонально линейной, таким образом, не удовлетворяет требованию ортогональности круговых поляризаций каналов приема и передачи.

Вышеуказанные технические решения имеют достаточно высокие показатели импедансных свойств и поляризационное разделение каналов, тем не менее непригодны для построения многоэлементных АР терминалов спутниковой связи. Немаловажно, что модификация их конструкции, в том числе элементов питания, с целью реализации одновременно ортогональных направлений вращения вектора круговой поляризации для соответствующих каналов приема и передачи, разнесенных по частотам, невозможна. Полностью печатное исполнение противоречит условию высокой эффективности АР при больших апертурах, занимаемых сотнями антенных элементов. В таком случае рекомендуется применение гибридной системы питания, позволяющей достигать высоких значений КПД (Коноваленко М.О. Гибридная система питания антенных решеток для малогабаритных радиолокационных станций. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томск, 2019, 151 с. ) Выполнение условия высокой направленности также обязательно к соблюдению ввиду того, что это не только увеличивает усиление АР, но и обеспечивает подавление нежелательной засветки соседних спутников, мешающей стабильной работе их радиосистем. Все перечисленные образцы непригодны, когда требуется суммирование/деление СВЧ мощности с антенных полотен размерами десятки длин волн.

Наиболее близкой по конструктивным признакам к предлагаемому изобретению является двухполяризационная антенная решетка круговой поляризации, возбуждаемая гребневидным волноводом со штырьковой стенкой (Davoud Zarifi, АН Farahbakhsh, Ashraf Uz Zaman. "Design of a Dual-CP Gap Waveguide Fed Aperture Array Antenna" in IET Microwaves, Antennas & Propagation, vol. 17, No. 9, pp.723-730, June 2023), апертура которой содержит 80 элементов, а конструкция состоит из 3 полностью металлических фрезерованных слоев. Первый слой является излучающим и содержит матрицу квадратных волноводов с одной открытой торцевой стенкой, расположенных в квазигексагональной сетке. Второй слой относится к системе питания, реализованной на гребневидных волноводах со штырьковой стенкой (Ridge Gap Waveguide), в соответствии с последовательно-параллельной схемой. Третий слой относится к системе питания, реализованной на гребневидных волноводах со штырьковой стенкой, в соответствии с параллельной схемой. Для реализации одновременно ортогональных направлений вращения вектора круговой поляризации используется ступенчатый септум-поляризатор, расположенный по центру квадратного волновода. Возбуждение каждого квадратного волновода осуществляется двумя одинаковыми щелями, прорезанными в его нижней части и смещенными к краю поперек плоскости симметрии поляризатора. Пара гребенчатых волноводов со штырьковой стенкой второго слоя расположена между соседними квадратными волноводами первого слоя таким образом, что щели, отстоящие в одну сторону от септум-поляризаторов, связаны с гребнем одного волновода и ориентированы вдоль него, попеременно смещаясь в разные стороны; щели, отстоящие в другую сторону от септум-поляризаторов, аналогично связаны с гребнем другого волновода и ориентированы вдоль него, попеременно смещаясь в разные стороны. Такие пары волноводов второго слоя, связанные с излучающим первым слоем, формируют линейную двухполяризационную подрешетку. Двухмерная АР образована объединением линейных подрешеток через соответствующие гребневидные волноводы со штырьковой стенкой третьего слоя.

Техническое решение имеет одну полосу пропускания и не позволяет одновременно работать на разнесенных частотах каналов приема и передачи внутри выделенных спутниковых диапазонов. Применение последовательно-параллельного возбуждения, существенно ограничивает полосу пропускания, например, при заявленном количестве последовательных элементов 5 единиц и более, полоса ограничена значением менее 10% ввиду частотной нестабильности направленных характеристик и ухудшения согласования, что не перекрывает даже один канал приема в Ku-диапазоне. Кроме того, независимо от количества последовательных элементов, такой способ возбуждения не позволяет работать синфазно при одинаковом шаге решетки, обусловленном ее конструкцией, на разнесенных частотах каналов приема и передачи. Следствием этих причин является необходимость разделения полотна АР спутниковой связи на отдельные апертуры. В свою очередь, в соответствии с конструкцией АР, система питания ограничена двумя слоями, поэтому увеличение апертуры с целью повышения усиления возможно только путем увеличения количества параллельно возбуждаемых линейных подрешеток в бинарном соотношении. Увеличение количества последовательно возбуждаемых элементов внутри линейной подрешетки влечет сужение полосы пропускания и ограничено естественным спадом мощности от центра подрешетки к ее краю. Это противоречит требованию высокой направленности, обеспечиваемой заданной шириной ДН во всей передней полусфере. Объединяя указанные недостатки прототипа, следует однозначный вывод о несоответствии его технических характеристик современной антенне спутниковой связи.

Сущность изобретения

Техническая задача направлена на создание двухполосной двухполяризационной антенной ячейки, пригодной для построения на ее основе двухканальной масштабируемой многоэлементной синфазной АР абонентского терминала спутниковой связи.

Техническим результатом предложенного решения является обеспечение полной работоспособности одновременно в двух разнесенных сверхшироких полосах пропускания каналы приема и передачи внутри выделенных спутниковых диапазонов частот, обеспечение коэффициента эллиптичности со значением не менее 0,85 при ортогональных круговых поляризациях каналов приема и передачи, реализация общей апертуры для частот разделенных каналов приема и передачи.

Основной технический результат достигается тем, что двухполосная двухполяризационная антенная ячейка содержит антенное полотно, сформированное квадратными волноводами со встроенным септум-поляризатором, три базовых слоя, где первый базовый слой является излучающим, а второй и третий слои относятся к системе питания. Новым является то, что антенное полотно сформировано квадратными рупорными элементами, образованными ступенчатым переходом, соединенным с квадратным волноводом, содержащим встроенные выступы, при этом квадратный волновод диагонально смещен относительно двух осей симметрии квадратного рупорного элемента и возбуждается с торцевой стенки прямоугольными щелями, настроенными на частоты приемного и передающего каналов соответственно, причем каждая щель смещена к краю квадратного волновода и щели расположены на противоположных сторонах относительно плоскости симметрии четырехступенчатого септум-поляризатора, проходящей через ось симметрии квадратного рупорного элемента, каждая щель возбуждается посредством волноводно-микрополоскового перехода, частотно настроенного в соответствующей короткозамкнутой камере нижнего базового слоя и волноводно-микрополосковые переходы объединены параллельно посредством частотно-разделенной системы питания в виде сумматора и делителя, разнесенных по слоям центрального базового слоя, для приемного и передающего каналов соответственно, короткозамкнутые камеры волноводно-микрополоскового перехода выполнены одинаковой высотой с различным поперечным размером, соответствующего длине стенки перпендикулярной ориентации щелей, частотно-разделенная система питания реализована на многослойной печатной плате с коаксиальным выводом и вводом, расположенными в основании нижнего базового слоя, для последующего сочленения с двухканальной волноводной системой питания полноразмерной двухканальной антенной решетки.

Краткое описание чертежей

Заявляемое изобретение поясняется рисунками 1-5, содержащими конструкцию, и рисунками 6-11, содержащими измеренные электрические характеристики.

Представлено: на фиг. 1 - общий вид двухполосной двухполяризационной антенной ячейки, на фиг. 2 сечение двухполосной двухполяризационной антенной ячейки, на фиг. 3 общий вид двухполосной двухполяризационной 16-элементной антенной решетки с волноводной системой питания, реализованной на полосно-запирающей структуре (Electromagnetic Band Gap EBG), на фиг. 4 - гибридная система питания двухполосной двухполяризационной 16-элементной антенной решетки, на фиг. 5 - фотоизображение двухполосной двухполяризационной 512-элементной антенной решетки Ku-диапазона с классической волноводной системой питания, на фиг. 6 коэффициент отражения двухполосной двухполяризационной 16-элементной антенной решетки Ku-диапазона с EBG волноводной системой питания, на фиг. 7 - коэффициент эллиптичности двухполосной двухполяризационной 16-элементной антенной решетки Ku-диапазона с EBG волноводной системой питания, на фиг. 8 КНД и коэффициент усиления двухполосной двухполяризационной 16-элементной антенной решетки Ku-диапазона с EBG волноводной системой питания, на фиг. 9 - КПД двухполосной двухполяризационной 16-элементной антенной решетки Ku-диапазона с EBG волноводной системой питания, на фиг. 10 - нормированные ДН на верхней частоте приемного канала двухполосной двухполяризационной 16-элементной антенной решетки Ku-диапазона с EBG волноводной системой питания, где сплошная линия соответствует плоскости параллельной плоскости симметрии септум-поляризатора, пунктирная линия соответствует плоскости перпендикулярной плоскости симметрии септум-поляризатора, на фиг. 11 - нормированные ДН на верхней частоте передающего канала двухполосной двухполяризационной 16-элементной антенной решетки Ku-диапазона с EBG волноводной системой питания, где сплошная линия соответствует плоскости параллельной плоскости симметрии септум-поляризатора, пунктирная линия соответствует плоскости перпендикулярной плоскости симметрии септум-поляризатора.

Осуществление изобретения

Заявляемая двухполосная двухполяризационная антенная ячейка состоит из трех базовых слоев, два из которых являются металлическими и один имеет диэлектрическую основу. Верхний базовый слой 1 формирует антенное полотно, центральный базовый слой 2 формирует двухканальную частотно-разделенную систему питания, нижний базовый слой 3 является вспомогательным и относится к системе питания. Антенное полотно представляет собой подрешетку из четырех квадратных рупорных элементов 4, расположенных в прямоугольной сетке. Каждый рупорный элемент 4 образован ступенчатым переходом, соединенным с квадратным волноводом 5 со встроенным септум-поляризатором 6 и выступами 7а, 76. Квадратный волновод 5 диагонально смещен относительно двух осей симметрии квадратного рупорного элемента 4 и возбуждается с торцевой стенки прямоугольными щелями 8а и 8б, настроенными на частоты приемного и передающего каналов соответственно, при этом каждая щель 8а и 8б смещена к краю квадратного волновода 5 так, что они расположены на противоположных сторонах относительно плоскости симметрии четырехступенчатого септум-поляризатора 6, проходящей через ось симметрии квадратного рупорного элемента 4. Каждая щель 8а и 8б возбуждается посредством волноводно-микрополоскового перехода 9а и 9б, частотно настроенных в соответствующей короткозамкнутой камере нижнего базового слоя 3. Волноводно-микрополосковые переходы 9а и 9б объединены параллельно посредством системы питания в виде сумматора 10 и делителя 11, разнесенных по слоям центрального базового слоя 2, для приемного и передающего каналов соответственно. Система питания двухполосной двухполяризационной антенной ячейки реализована на многослойной печатной плате с коаксиальным выводом 12а и вводом 12б, расположенными в основании нижнего базового слоя 3, для последующего сочленения с двухканальной волноводной системой питания полноразмерной двухканальной АР.

Применение квадратных рупорных элементов 4, образованных ступенчатым переходом, обуславливает более высокое подавление дифракционных лепестков общей ДН до уровня, не превышающего уровня первых боковых лепестков по сравнению с круглыми рупорными элементами, и обеспечивает высокую степень согласования по сравнению с открытым концом волновода.

Диагональное смещение квадратного волновода 5 относительно двух совпадающих осей симметрии квадратного рупорного элемента 4 позволяет частично компенсировать фазовые искажения по апертуре, вызванные наличием септум-поляризатора 6 и смещением щелей 8а и 8б к краю квадратного волновода 5, обеспечивая симметричный вид парциальной ДН квадратного рупорного элемента 4, с целью одинакового уровня подавления дифракционных лепестков общей ДН.

Включение в квадратный волновод 5 встроенного четырехступенчатого септум-поляризатора 6 обеспечивает коэффициент эллиптичности со значением не менее 0,85 при ортогональных круговых поляризациях каналов приема и передачи, а также удобство производства антенного полотна, поляризационные свойства которого полностью определяются соответствующим верхним базовым слоем 1.

Осуществление возбуждения квадратного волновода 5 с торцевой стенки прямоугольными щелями 8а и 8б, настроенными на частоты приемного и передающего каналов соответственно, обеспечивает работоспособность одновременно в двух разнесенных полосах пропускания каналы приема и передачи внутри выделенных спутниковых диапазонов частот и реализацию общей апертуры.

Смещение каждой щели 8а и 8б к краю квадратного волновода 5 на заданные расстояния так, что они расположены на противоположных сторонах относительно плоскости симметрии четырехступенчатого септум-поляризатора 6, позволяет оптимально настраивать электромагнитную связь, обеспечивающую эффективное возбуждение квадратного волновода 5 при высокой степени согласования для частот приемного и передающего каналов соответственно.

Введение в квадратный волновод 5 выступов 7а, 7б позволяет проводить тонкую настройку частотной зависимости его волнового сопротивления, обеспечивающую наилучшее согласование для частот приемного и передающего каналов соответственно.

Возбуждение каждой щели 8а и 8б посредством волноводно-микрополоскового перехода 9а и 9б, частотно настроенных в соответствующей короткозамкнутой камере нижнего базового слоя 3, позволяет технически реализовать компактную частотно-разделенную систему питания антенной ячейки при минимально достижимом шаге решетки, строго ограниченном ее конструкцией и требованиями направленных характеристик. Короткозамкнутые камеры волноводно-микрополоскового перехода 9а и 9б выполнены одинаковой высотой, но различного поперечного размера, соответствующего длине стенки перпендикулярной ориентации щелей 8а и 8б, что позволяет существенно снизить общую толщину нижнего базового слоя 3, а в совокупности с центральным базовым слоем 2 обеспечить наименьшую высоту профиля двухполосной двухполяризационной антенной ячейки.

Использование коаксиального вывода 12а и ввода 12б, расположенными в основании нижнего базового слоя 3 служит для реализации коаксиально-волноводных переходов (КВП) или коаксиально-микрополосковых переходов (КМП), являющихся технически простым способом соединения с соответствующей волноводной или любой другой выбранной системой питания полноразмерной двухканальной АР.

Построение двухполосной двухполяризационной антенной ячейки из трех базовых слоев, два из которых являются металлическими и один имеет диэлектрическую основу, позволяет минимизировать активные потери такой СВЧ структуры, тем самым добиться высокого КПД и реализовать оптимальное соотношение качества и повторяемости электрических параметров, функциональности, массогабаритных показателей и технологичности производства.

Работа устройства

Техническая реализация изобретения с использованием всех существенных признаков рассмотрена на примере двухполосной двухполяризационной антенной ячейки Ku-диапазона. Выбор размера апертуры, способа суммирования/деления СВЧ мощности и определение полос пропускания двухканальной многоэлементной АР, построенной на основе двухполосной двухполяризационной антенной ячейки, определяется самостоятельно в зависимости от заданных требований, в основном касающихся значений эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ) и соотношения коэффициента усиления к шумовой температуре (G/T) АР в соответствии с диапазоном частот проектируемой спутниковой системы связи или другой радиосистемы.

Рассматриваемая двухполосная двухполяризац ионная антенная ячейка является пассивным СВЧ устройством, в котором отсутствуют активные элементы или невзаимные узлы типа ферритов, поэтому все антенные характеристики идентичны как в режиме передачи, так и в режиме приема. Для удобства описания работы устройства пусть его функционирование происходит в режиме излучения.

На вход коаксиального ввода 12б подается СВЧ сигнал некоторой мощности, поступающий через коаксиально-микрополосковый переход на входную линию делителя 11. Затем сигнал, разделившись синфазно и равноамплитудно, возбуждает каждый квадратный волновод 5 посредством волноводно-микрополоскового перехода 9б, настроенного на резонансную частоту прямоугольной щели 8б. В основании квадратного волновода 5, ввиду его разделения септум-поляризатором 6 на две прямоугольные области, формируется бегущая волна, являющаяся суммой высших мод Н₁₁ и Е₁₁, которая раскладывается на четное и нечетное колебания, отличающиеся направлением волны электрического тока на противоположной стороне общей стенки септум-поляризатора 6 относительно области возбуждения. По мере распространения, половина мощности возбуждения квадратного волновода 5, соответствующая четному колебанию, полностью трансформируется в основную моду Н₁₀, остальная половина мощности, соответствующая нечетному колебанию, частично отражается, определяя уровень согласования, а оставшаяся часть так же трансформируется в основную моду Ĥ₁₀ с фазовой задержкой 90°, линии напряженности которой ортогональны линиям моды Н₁₀. Результат такого волнового взаимодействия представляет собой бегущую волну, которая возбуждает рупорный элемент 4, согласованный со свободным пространством и излучающий поле круговой поляризации с высоким коэффициентом эллиптичности. Апертура рупорного элемента 4 и размеры его ступеней подобраны так, что при шаге решетки, превышающим длину волны, дифракционные лепестки суммарной ДН двухполосной двухполяризационной антенной ячейки и двухканальной АР, построенной на ее основе, не превышают уровня первых боковых лепестков.

В случае использования частот первой полосы пропускания задействована прямоугольная щель 8а и соответствующий волноводно-микрополосковый переход 9а каждого квадратного волновода 5, которые в совокупности с сумматором 10 и коаксиальным выводом 12а обеспечивают функционирования устройства в режиме приема с аналогично протекающими волновыми процессами.

Заявленное решение обладает частотной стабильностью направленных и поляризационных характеристик при сохранении полосы согласования.

Таким образом, применение заявляемого технического решения позволяет обеспечить полную работоспособность одновременно в двух разнесенных сверхшироких полосах пропускания (Federal Communication Commission USA (FCC) 02-48, ET Docket 98-153, First Report and Order, April 2002) - каналы приема и передачи внутри выделенных спутниковых диапазонов частот (фиг. 6), обеспечение коэффициента эллиптичности со значением не менее 0,85 при ортогональных круговых поляризациях каналов приема и передачи (фиг. 7), высокий КПД (фиг. 8, 9), реализацию общей апертуры для частот разделенных каналов приема и передачи.

Изобретение относится к антенной технике и служит в качестве антенного элемента для построения двухканальных синфазных антенных решёток. Технический результат – работа одновременно в двух разнесённых сверхшироких полосах пропускания, общая апертура для частот разделённых каналов приёма и передачи, обеспечение коэффициента эллиптичности не менее 0,85 при ортогональных круговых поляризациях каналов приёма и передачи. Результат достигается тем, что предложена двухполосная двухполяризационная антенная ячейка, содержащая антенное полотно, сформированное квадратными рупорными элементами, образованными ступенчатым переходом, соединённым с квадратным волноводом, содержащим встроенные выступы, при этом квадратный волновод диагонально смещён относительно двух осей симметрии квадратного рупорного элемента и возбуждается с торцевой стенки прямоугольными щелями, настроенными на частоты приёмного и передающего каналов соответственно, каждая щель возбуждается посредством волноводно-микрополоскового перехода, указанные переходы объединены параллельно посредством частотно-разделённой системы питания в виде сумматора и делителя. 11 ил.

Двухполосная двухполяризационная антенная ячейка, содержащая антенное полотно, сформированное квадратными волноводами со встроенным септум-поляризатором, три базовых слоя, где первый базовый слой является излучающим, а второй и третий слои относятся к системе питания, отличающаяся тем, что антенное полотно сформировано квадратными рупорными элементами, образованными ступенчатым переходом, соединённым с квадратным волноводом, содержащим встроенные выступы, при этом квадратный волновод диагонально смещён относительно двух осей симметрии квадратного рупорного элемента и возбуждается с торцевой стенки прямоугольными щелями, настроенными на частоты приёмного и передающего каналов соответственно, причем каждая щель смещена к краю квадратного волновода и щели расположены на противоположных сторонах относительно плоскости симметрии четырёхступенчатого септум-поляризатора, проходящей через ось симметрии квадратного рупорного элемента, каждая щель возбуждается посредством волноводно-микрополоскового перехода, частотно настроенного в соответствующей короткозамкнутой камере нижнего базового слоя, и волноводно-микрополосковые переходы объединены параллельно посредством частотно-разделённой системы питания в виде сумматора и делителя, разнесённых по слоям центрального базового слоя, для приёмного и передающего каналов соответственно, короткозамкнутые камеры волноводно-микрополоскового перехода выполнены одинаковой высоты, но с различным поперечным размером, соответствующим длине стенки, перпендикулярной ориентации щелей, частотно-разделённая система питания реализована на многослойной печатной плате с коаксиальным выводом и вводом, расположенными в основании нижнего базового слоя, для последующего сочленения с двухканальной волноводной системой питания полноразмерной двухканальной антенной решётки.