АНТЕННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2025 года по МПК H01Q21/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах с антенной решеткой, в том числе использующих моноимпульсный метод пеленгации.

Уровень техники

Наиболее близким к заявленному техническому решению является антенная решетка, состоящая из распределительной системы, выходы которой соединены с полосковыми излучателями, конструктивно объединенными в групповые излучатели, выполненные на основе несимметричной полосковой линии [Fang D.G. - Antenna theory and microstrip antennas / author, D.G. Fang. - "CRC press", 2010, p. 245, fig. 6.66].

Недостатком прототипа является высокие значения коэффициента связи между полосковыми излучателями и коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) полосковых излучателей в составе антенной решетки.

Перед авторами стояла задача создания антенной решетки, лишенной данного недостатка.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат заявляемой антенной решетки, содержащей распределительную систему, выходы которой соединены с полосковыми излучателями, конструктивно объединенными в групповые излучатели, выполненные на основе несимметричной полосковой линии - снижение значений коэффициента связи между полосковыми излучателями и КСВН полосковых излучателей в составе антенной решетки - достигается за счет того, что между полосковыми излучателями на одинаковом расстоянии от них, вдоль оси, перпендикулярной плоскости поляризации, введены полосковые П-образные элементы, ось симметрии которых параллельна плоскости поляризации, при этом по периметру каждого полоскового излучателя выполнены объединенные между собой металлизированные отверстия.

Групповые излучатели могут быть выполнены в виде пакета печатных плат.

Между выходами распределительной системы и полосковыми излучателями могут быть установлены фазовращатели, подключенные к системе управления фазовращателями.

Распределительная система может состоять из сумматора, соединенного с четырьмя строчно-столбцовыми распределителями, каждый из которых разветвляет СВЧ-сигнал в одном из квадрантов апертуры с использованием столбцового распределителя мощности и строчных распределителей мощности.

В сумматоре может быть реализована суммарно-разностная схема деления.

Заявляемая антенная решетка обладает совокупностью существующих признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна" для изобретения.

Заявляемая антенная решетка, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов она явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известна из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.

Краткое описание чертежей

Сущность предлагаемого решения поясняется при помощи чертежей, где:

- на фиг. 1 представлена схема примера реализации антенной решетки, в которой для электрического управления направлением луча антенной решетки между выходами распределительной системы и полосковыми излучателями установлены фазовращатели, подключенные к системе управления фазовращателями;

- на фиг. 2 представлен фрагмент варианта реализации группового излучателя, выполненного в виде пакета печатных плат;

- на фиг. 3 представлены графики коэффициентов связи между соседними полосковыми излучателями в диапазоне частот с указанием номеров полосковых излучателей;

- на фиг. 4 представлен график КСВН полоскового излучателя в составе антенной решетки в диапазоне частот.

Осуществление изобретения

В качестве примера рассмотрена антенная решетка, которая состоит из распределительной системы 1, содержащей, например, сумматор 2 с реализованной суммарно-разностной схемой деления и четыре столбцовых распределителя мощности 3, выполненные, например, на коаксиальной линии, а также строчные распределители мощности 4, выполненные, например, в виде последовательно соединенных направленных ответвителей с лицевой связью, реализованных на симметричной полосковой линии с диэлектрическим заполнением. Выходы строчных распределителей мощности 4 соединены со входами фазовращателей 5, выполненных, например, на несимметричной полосковой линии, и подключенных к системе управления фазовращателями 6. Выходы фазовращателей 5 соединены с полосковыми излучателями 7, расположенными в рассматриваемой антенной решетке с шагом λ₀/2, где λ₀ - длина волны в свободном пространстве на верхней частоте рабочего диапазона частот.

Полосковые излучатели 7 выполнены на основе несимметричной полосковой линии и конструктивно объединенными в групповые излучатели 8, выполненные, например, в виде пакета печатных плат. Между полосковыми излучателями 7 на одинаковом расстоянии от них, вдоль оси, перпендикулярной плоскости поляризации, расположены полосковые П-образные элементы 9, ось симметрии которых параллельна плоскости поляризации. По периметру каждого полоскового излучателя 7 выполнены объединенные между собой металлизированные отверстия 10.

Антенная решетка работает следующим образом:

При работе антенной решетки «на передачу» СВЧ-сигнал, поступающий на суммарный вход сумматора 2, равноамплитудно делится между четырьмя его выходами, откуда поступает на входы столбцовых распределителей мощности 3. В каждом из столбцовых распределителей мощности 3 входной сигнал делится с заданным амплитудным соотношением между выходами столбцового распределителя мощности 3 и поступает на вход соответствующего строчного распределителя мощности 4, откуда после деления в необходимых соотношениях поступает на входы фазовращателей 5 и, пройдя через них, излучается в пространство полосковыми излучателями 7, входящими в состав групповых излучателей 8.

Излученные сигналы складываются в пространстве, формируя диаграмму направленности антенной решетки, положение главного лепестка которой зависит от фазы, вносимой фазовращателями 5, управление которыми осуществляется сигналами, поступающими с выходов системы управления фазовращателями 6.

При работе антенной решетки «на прием» сигнал с направления, соответствующего направлению максимума главного лепестка диаграммы направленности, принимается полосковыми излучателями 7, входящими в состав групповых излучателей 8. Сигналы с групповых излучателей 8, пройдя через фазовращатели 5 и получив фазовый сдвиг, синфазно складываются сначала в строчных распределителях мощности 4, затем в столбцовых распределителях мощности 3. Четыре сигнала, поступивших на вход сумматора 2, после сложения в суммарно-разностной схеме формируют суммарную и две ортогональные разностные диаграммы направленности.

Использование между полосковыми излучателями 7 полосковых П-образных элементов 9 и объединенных между собой металлизированных отверстий 10, расположенных по периметру каждого полоскового излучателя 7, позволяет уменьшить коэффициенты связи между полосковыми излучателями 7, и, следовательно, уменьшить КСВН антенной решетки и увеличить ее коэффициент усиления, а также увеличить точность установки луча.

Реализация групповых излучателей 8 в виде пакета печатных плат позволяет исключить из технологического процесса металлообработку, что в свою очередь приводит к удешевлению антенной решетки и делает ее пригодной для крупносерийного производства.

Для подтверждения правильности выбранного технического решения на предприятии были изготовлены опытные образцы антенной решетки S-диапазона, у которых формы диаграммы направленности соответствуют расчетным, КСВН полосковых излучателей в составе антенной решетки не превышает значения 1,40 и коэффициент связи между полосковыми излучателями не более минус 20 дБ в диапазоне частот не менее 16%.

На основании произведенных испытаний можно сделать вывод, что антенная решетка по своим электрическим характеристикам не уступает аналогам, но при этом имеет преимущество в конструктивно-технологическом исполнении, что подтверждает соответствие заявляемого решения критерию «промышленная применимость» для изобретения.

Изобретение относится к антенной технике и применяется в радиотехнических системах с антенной решеткой, в том числе использующих моноимпульсный метод пеленгации. Технический результат - снижение значений коэффициента связи между полосковыми излучателями и коэффициента стоячей волны по напряжению полосковых излучателей в составе антенной решетки. Результат достигается тем, что предложена антенная решетка, содержащая распределительную систему, выходы которой соединены с полосковыми излучателями, конструктивно объединенными в групповые излучатели, выполненные на основе несимметричной полосковой линии, отличающаяся тем, что между полосковыми излучателями на одинаковом расстоянии от них, вдоль оси, перпендикулярной плоскости поляризации, введены полосковые П-образные элементы, ось симметрии которых параллельна плоскости поляризации, при этом по периметру каждого полоскового излучателя выполнены объединенные между собой металлизированные отверстия. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Антенная решетка, содержащая распределительную систему, выходы которой соединены с полосковыми излучателями, конструктивно объединенными в групповые излучатели, выполненные на основе несимметричной полосковой линии, отличающаяся тем, что между полосковыми излучателями на одинаковом расстоянии от них, вдоль оси, перпендикулярной плоскости поляризации, введены полосковые П-образные элементы, ось симметрии которых параллельна плоскости поляризации, при этом по периметру каждого полоскового излучателя выполнены объединенные между собой металлизированные отверстия.

2. Антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что групповые излучатели выполнены в виде пакета печатных плат.

3. Антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что между выходами распределительной системы и полосковыми излучателями установлены фазовращатели, подключенные к системе управления фазовращателями.

4. Антенная решетка по пп. 1, 3, отличающаяся тем, что распределительная система состоит из сумматора, соединенного с четырьмя строчно-столбцовыми распределителями, каждый из которых разветвляет СВЧ-сигнал в одном из квадрантов апертуры с использованием столбцового распределителя мощности и строчных распределителей мощности.

5. Антенная решетка по п. 4, отличающаяся тем, что в сумматоре реализована суммарно-разностная схема деления.