Кольцевая антенная решетка с круговой поляризацией Советский патент 1992 года по МПК H01Q13/10 

Фи&1

VI vi

Ј

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенным СВЧ-устройствам с круговой поляризацией поля излучения, и может быть использовано для приема и передачи широкополосных СВЧ-сигналов в бортовых антенных системах летательных аппаратов, а также в качестве облучателя зеркальной или линзовой антенны.

Известна широкополосная пеленгаци- онная антенная решетка (АР), состоящая из радиально расположенных логопериодиче- ских антенн (ЛПА), выполненных в виде набора параллельных щелей, вырезанных на металлизированной поверхности, обеспечивающая обзор в полном секторе азимутальных углов и формирующая в плоскости АР поле излучения линейной поляризации. Известна также АР, содержащая радиальные линейные щелевые антенны из спи- рально расположенных на плоском волноводе симметрично возбуждающихся сдвоенных щелей, работающая с круговой поляризацией в узкой полосе частот.

Наиболее близка по принципу работы к конструктивным признакам к предлагаемой АР, представляющая собой однокольцевую решетку из электрических диполей, расположенных по кругу с одинаковым угловым интервалом. Кругополяризованное излучение в дальней зоне антенны в направлении нормали к плоскости АР формируется по принципу работы турникета из четырех диаметрально противоположных вибраторов, запитанных попарно со сдвигом по фазе на л/2.

Недостатком известного устройства является относительно узкий рабочий диапазон вследствие узкополосности элементов решетки м несохранения стабильности электрических расстояний между излучателями при изменении частоты.

Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот.

Поставленная цель достигается тем, что, в кольцевой антенной решетке с круговой поляризацией, содержащей М идентичных элементов, где М кратно четырем, расположенных с одинаковым угловым интервалом относительно общей вершины, согласно изобретению, элемент выполнен в виде отрезка волновода, к одному концу которого подключена согласованная нагрузка, а на внешней стороне выполнена продольная щель, в апертуре которой несимметрично относительно центра щели расположен слой проводящего материала с толщиной

г -0,041

/То --ГИГ

а

где о- удельная проводимость материала; LO длина участка продольной щели без слоя проводящего материала;

AL - длина участка щели, на котором расположен слой проводящего материала, при этом продольные оси отрезков волноводов расположены радиально.

Толщина проводящего слоя в апертуре щелей варьируется в соответствии с изме- 0 нением величины скин-слоя для заданной частоты, вследствие чего излучатель оказывается резгнансным в широкой полосе частот.

В отличие от прототипа, содержащего 5 узкополосные элементы АР, использование в качестве элементов радиально расположенных отрезков волноводов с широкополосными щелевыми излучателями, имеющими изменяющийся с частотой вдоль 0 апертуры щели геометрический и постоянный электрический фазовые центры, за счет расположенного в апертуре щели несимметрично относительно ее центра слоя проводящего материала с толщиной, заданной 5 определенной зависимостью, позволяет расширить диапазон рабочих частот АР.

На фиг.1 представлена схема элемента АР; на фиг.2 - структурная схема АР; на фиг.З - ее фрагмент.

0 Элемент АР содержит электрическую подложку 1, проводящий материал 2, полость волновода 3, причем - длина щели, ограниченная проводящим материалом 2;

- длины апертуры щели, резо5 нансные на длинах волн А,1 ,..., AnAN ;

тп - толщина слоя проводящего материала 2 (скин-слоя) на длине волны Ал.

Структурная схема предлагаемой АР содержит М радиально расположенных иден- 0 тичных элементов Vm(,2,3,..,,M), где М кратно четырем. Здесь рт 2 згт /М-угловое положение m-ro элемента, выполненного в виде отрезка волновода с продольной щелью на внешней стороне; lm вектор тан- 5 генциальной составляющей электрического поля на щели. Рщ - расстояние от центра круга до начала щели; R0,...,Rn,...,RN - расстояние от центра круга до фазового центра

излучающей апертуры щели} dodndN 0 расстояние между фазовыми центрами соседних щелей; 2 л /М - угловое расстояние между осями соседних волноводов, Запитка волноводов производится через широкополосный М-канальный делитель 5 мощности (на чертеже не указан).

На фиксированной частоте синфазное сложение излученных щелями полей в дальней зоне антенны в направлении нормали к апертуре АР обеспечивается синфазностью векторов I (фиг.2а) на диаметрально противопопожных щелях, что достигается определенной запиткой волноводов. Например, если щели прорезаны в широких стенках прямоугольных или П-образных волноводов, диаметрально противоположные щели должны запитываться синфазно, если же щели выполнены на круглых волноводах или узких стенках прямоугольных волноводов- противофазно. При таком спо- собе запитки и условии равномерного деления мощности между каналами делителя обеспечивается необходимое для получения круговой поляризации в дальней зоне антенны равенство амплитуд ортогональ- ных компонент поля, излученного парами ортогональных щелей.

При изменении рабочей частоты широ- кополосность АР обеспечивается постоянством электрических длин резонансных щелей Ln/ An K (фиг,1), стабильностью электрических расстояний между фазовыми центрами щелей и центром решетки Rn/An Q (фиг.З), а также между фазовыми центрами соседних щелей dn/An Q А (фиг. 3), что достигается наличием в апертуре каждой щели слоя проводящего материала, расположенного несимметрично относительно геометрического центра щели и выполненного с изменяющейся по предложенному закону толщиной.

На минимальной длине волны АО резонансной является щель длиной LQ (фиг.1), Фазовый центр щели находится в точке 0 U/2, фазовый центр АР - в центре круга О с радиусом Ro RLH + U/2 (фиг.З). При изменении частоты до AI Ао граничной становится величина скин-слоя г , резонансным оказывается участок щели длиной LI Lo+ AL.1, а расстояние Ri R0 +AL.1/2 Рщ + Li/2, На крайней нижней частоте, соответствующей AN , резонирует вся апертура щели LN, а расстояние от центра круга

до фазового центра щели RN Ro + I.N/2 Таким образом, при непрерывном измене нии частоты от АО до AN длина резонансной щели изменяется от LO до LN, фазовый центр щели перемещается от точки 0 до IN, расстояние от центра АР до фазового центра щели изменяется от R0 до RN, а расстояние между фазовыми центрами соседних щелей - от do до .

Предложенная АР плоской невыступающей конструкции формирует излучение поля с круговой поляризацией в направлении нормали к апертуре антенны и обеспечивает сохранение формы ДН и поляризационных характеристик антенны во всем рабочем диапазоне волновода.

Формула изобретения Кольцевая антенная решетка с круговой поляризацией, содержащая М элементов, где М - кратно четырем, расположенных с одинаковым угловым интервалом относительно общей вершины, отличающаяс я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот, элемент выполнен в виде отрезка волновода, к одному концу которого подключена согласованная нагрузка, а на внешней стороне выполнена продольная щель, в апертуре которой несимметрично относительно центра щели расположен слой проводящего материала, толщина ко- торого выбрана равной

г 0,041

V и +7SIT

о

где а-удельная проводимость материала; L0- длина участка продольной щели без слоя проводящего материала;

Д| - длина участка щели, на которой расположен слой проводящего материала, при этом продольные оси отрезков волноводов расположены радизльно

VL г.J г - J

Л

Использование: в антенных СВЧ-устрой- ствах с круговой поляризацией поля излучения для приема и передачи широкополосных СВЧ-сигналов в бортовых антенных системах летательных аппаратов, а также в качестве облучателя зеркальной или линзовой антенны. Сущность изобретения: кольцевая антенная решетка содержит М радиально расположенных отрезков волноводов 3, содержащих продольную щель, электрическую подложку 1, проводящий материал 2. причем LO - длина продольной щели, ограниченная проводящим материалом; Li, Ln, LN длина апертур щели, резонансные на длинах волн AI ,.. Дл ,... /lw : гп - толщина слоя проводящего материала на длине волны Дп , 2 ил.

Фиг 2

A