ТРАНСРЕФЛЕКТОР
TRANSREFLECTOR

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в антеннах с управляемой поляризацией, многодиапазонных антеннах, многозеркальных антеннах с управлением диаграммой направленности в коротковолновой части сантиметрового и миллиметрового диапазонах длин волн, например в двухзеркальных антеннах с поворотом плоскости поляризации.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является трансрефлектор (Бахрах Л.Д., Галимов Г.К. «Зеркальные сканирующие антенны». Москва, изд-во «Наука», 1981 г., стр.258), выбранный в качестве прототипа.
Устройство-прототип содержит систему параллельных металлических проводников с периодом расположения проводников , где λ - длина волны в свободном пространстве, образующих полупрозрачную решетку, расположенную на диэлектрической поверхности параболической формы. Диэлектрический материал обладает малыми потерями на рабочей частоте трансрефлектора. Такой трансрефлектор почти полностью отражает при падении на него электромагнитной волны вектор электрического поля , который совпадает с ориентацией металлических проводников, и почти полностью пропускает, если вектор  падающей электромагнитной волны перпендикулярен металлическим проводникам. При этом, если излучаемая первичным облучателем (например, рупором), расположенным в фокусе параболической поверхности, электромагнитная волна имеет сферический фронт и вектор  параллелен ориентации металлических проводников, то отраженная от параболического трансрефлектора электромагнитная волна имеет плоский фронт.
Недостатками устройства-прототипа являются сложность его изготовления, обусловленная криволинейной поверхностью и жесткими требованиями к точности ее профиля, а также большой объем занимаемый трансрефлектором.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в упрощении конструкции трансрефлектора, повышении технологичности изготовления и уменьшении занимаемого трансрефлектором объема при сохранении отражающих и пропускающих (радиопрозрачных) свойств.
д
д
Указанный технический результат достигается тем, что в трансрефлекторе, содержащем систему параллельных металлических проводников с периодом расположения проводников , где λ - длина волны в свободном пространстве, образующих полупрозрачную решетку, расположенную на диэлектрической поверхности, в отличие от прототипа полупрозрачная решетка расположена на плоской диэлектрической поверхности толщиной , где λ - длина волны в диэлектрике, на противоположной стороне плоской диэлектрической поверхности расположена система из последовательно чередующихся полупрозрачных кольцевых зон и радиопрозрачных кольцевых зон, ограниченных концентрическими окружностями, при этом ориентация металлических проводников, ширина W и период расположения проводников S полупрозрачных решеток, расположенных на противоположных сторонах плоской диэлектрической поверхности, одинаковы, причем с наружной стороны полупрозрачной решетки расположен слой диэлектрического материала толщиной, равной , где n=1, 3, 5…, λ - длина волны в диэлектрике.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлено схематическое изображение трансрефлектора;
на фиг.2 показан вид трансрефлектора со стороны зонной поверхности;
на фиг.3 -вид трансрефлектора со стороны полупрозрачной решетки (внешний диэлектрический слой не показан);
на фиг.4 приведены диаграммы направленности в Е-плоскости при отражении падающей сферической электромагнитной волны от устройства-прототипа (линия ), от предлагаемого трансрефлектора (линия );
на фиг.5 - диаграммы направленности в Е-плоскости одиночного первичного облучателя (линия ) и после прохождения падающего от первичного облучателя электромагнитного поля через устройство-прототип (линия ) и через предлагаемый трансрефлектор (линия ).
д
д
Трансрефлектор (фиг.1) содержит систему из последовательно чередующихся полупрозрачных кольцевых зон 1 и радиопрозрачных 2 кольцевых зон, расположенных на одной стороне плоской диэлектрической поверхности 3, толщиной , где λ - длина волны в диэлектрике, и образующих зонную поверхность (фиг.2). Полупрозрачные 1 и радиопрозрачные 2 кольцевые зоны ограничены концентрическими окружностями. При этом на противоположной стороне плоской диэлектрической поверхности 3 расположена полупрозрачная решетка 4 из параллельных металлических проводников (фиг.3) шириной W и периодом S, равным ширине W и периоду расположения проводников S полупрозрачных кольцевых зон 1, причем , где λ - длина волны в свободном пространстве, причем металлические проводники полупрозрачных кольцевых зон 1 и полупрозрачной решетки 4 имеют одинаковую ориентацию. При этом с наружной стороны полупрозрачной решетки 4 расположен диэлектрический слой 5 толщиной , где n=1, 3, 5…, λ - длина волны в диэлектрике.
Трансрефлектор работает следующим образам.
i
i
При падении на трансрефлектор от первичного облучателя (например, рупора), расположенного в фокусе 0 зонной поверхности (Фиг.1), сферической электромагнитной волны с поляризацией вектора  электрического поля, совпадающей с ориентацией металлических проводников полупрозрачных кольцевых зон 1 и полупрозрачной решетки 4, то одна часть падающего поля при условии, что период расположения проводников , отражается от полупрозрачных кольцевых зон 1, другая часть падающего поля проходит через радиопрозрачные зоны 2, диэлектрическую подложку 3, падает на полупрозрачную решетку 4 и отражается от нее, проходит в обратном направлении через диэлектрическую подложку 3 и через радиопрозрачные кольцевые зоны 2 и излучается в сторону первичного облучателя (фокуса 0). Под воздействием падающего электромагнитного поля каждая кольцевая зона (согласно принципу Гюйгенса) становится источником вторичного излучения, при этом электромагнитные поля вторичного излучения совпадают по фазе за счет выбора разности оптической длины радиусов r соседних кольцевых зон относительно фокуса 0, равной , где λ - длина волны в свободном пространстве (фиг.1), при этом величина радиусов r должна быть равна
где F - фокусное расстояние;
λ - длина волны в свободном пространстве;
i=1, 2, 3… - номер концентрических окружностей.
При этом падающий на трансрефлектор от первичного облучателя сферический фронт электромагнитного поля преобразуется в отраженный плоский фронт и, наоборот, падающая на трансрефлектор электромагнитная волна с плоским фронтом фокусируется в фокусе 0.
д
При падении на трансрефлектор от первичного облучателя электромагнитной волны с поляризацией вектора Е электрического поля, перпендикулярной ориентации металлических проводников полупрозрачных кольцевых зон 1 и полупрозрачной решетки 4 при толщине диэлектрической поверхности 3, равной , где λ - длина волны в диэлектрике, коэффициент прохождения электромагнитной волны через трансрефлектор близок к 1 (Шестопалов В.П., Кириленко А.А. «Резонансное рассеяние волн». Том 1 «Дифракционные решетки», изд-во «Наукова думка», г.Киев, 1985, стр.58), при этом электромагнитное поле проходит через радиопрозрачные зоны 2, а также через полупрозрачные кольцевые зоны 1, через диэлектрическую поверхность 3, полупрозрачную решетку 4, через диэлектрический слой 5 и излучается в свободное пространство. При этом диэлектрическая поверхность 3 толщиной  и диэлектрический слой 5 толщиной , где n=1, 3, 5…, образуют полуволновый  или кратный ей по толщине диэлектрический слой, который вносит минимальные потери электромагнитной волны при прохождении через трансрефлектор («Обтекатели». Перевод с английского. / Под редакцией А.И.Шпунтова. Изд-во «Советское радио», Москва, 1950, стр.23).
Компьютерное моделирование заявленного трансрефлектора, проведенное для рабочей частоты 94 ГГц с трансрефлектором диаметром 62,6 мм, фокусным расстоянием F=32 мм, периодом расположения S и шириной W металлических проводников, соответственно равной 0,5 мм и 0,15 мм, диэлектрический материал с ε=2,2, первичный облучатель (рупор) с раскрывом 4,5×3,5 мм, показал следующие результаты:
- толщина трансрефлектора составила 1,15 мм;
- при падении на трансрефлектор от первичного облучателя сферической электромагнитной волны с поляризацией вектора Е электрического поля, совпадающей с ориентацией проводников, сформированная отраженная диаграмма направленности (фиг.4) от заявляемого трансрефлектора совпадает с аналогичной диаграммой направленности, сформированной устройством-прототипом (трансрефлектором параболической формы). Отличия в графиках наблюдаются только на уровне отраженного сигнала, ниже - 30 дБ (фиг.4);
- при падении на трансрефлектор от первичного облучателя сферической электромагнитной волны с поляризацией вектора Е электрического поля перпендикулярной ориентации металлических проводников диаграммы направленности, после прохождения электромагнитной волны через заявляемый трансрефлектор и через устройство-прототип, близки по форме с диаграммой направленности одиночного первичного облучателя, что свидетельствует о высокой радиопрозрачности заявленного трансрефлектора (фиг.5).
Таким образом, технический результат от использования заявленного изобретения заключается в упрощении конструкции трансрефлектора (плоский), повышении технологичности изготовления (может быть изготовлен методом технологии изготовления печатных плат) и уменьшении занимаемого трансрефлектором объема при сохранении отражающих и пропускающих (радиопрозрачных) свойств.