Способ построения двухчастотной антенной решетки
METHOD FOR CONSTRUCTING A TWO-FREQUENCY ANTENNA ARRAY

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в приемо-передающих активных фазированных антенных решетках (АФАР).
Известен способ построения двухчастотной антенной решетки [1 - стр. 107, фиг. 4.2 г - Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / под ред. Д. И. Воскресенского. М.: Радио и связь. 1994 - 592 с.], при котором единую апертуру антенной решетки формируют из волноводных излучателей, представляющих собой открытые концы волноводов, при этом высокочастотные волноводные излучатели используют в качестве рефлектора для низкочастотных волноводных излучателей.
Недостатком известного способа [1] является большая высота профиля антенной решетки и высокий вес за счет использования металлических волноводов и излучателей в виде открытых концов волноводов.
Известен способ построения двухчастотной антенной решетки [2 - стр. 182, рис. 5.1 - Пономарев Л.И., Степаненко В.И. Сканирующие многочастотные совмещенные антенные решетки – М.: Радиотехника, 2009. - 328 с.], при котором антенную решетку формируют из излучателей в виде открытых концов волноводов, при этом подрешетки из высокочастотных излучателей размещают между низкочастотными излучателями.
Недостатком известного способа [2] является большая высота профиля антенной решетки и высокий вес за счет использования металлических волноводов и излучателей в виде открытых концов волноводов.
Известен способ построения двухчастотной антенной решетки [2 - стр. 20, рис. 1.4а], наиболее близкий к предлагаемому и взятый за прототип, при котором для построения антенной решетки используют щелевые излучатели, прорезанные в стенке волновода, при этом подрешетки из высокочастотных излучателей размещают между низкочастотными излучателями.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- работа только с одной поляризацией, поскольку щелевые излучатели вырезаны в волноводе параллельно друг другу;
- антенная решетка из нескольких волноводов, установленных параллельно друг другу, может сканировать диаграммой направленности (ДН) только в одной плоскости, перпендикулярной расположению волноводов;
- большой вес за счет использования волноводов.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение работы в двух поляризациях.
Для решения указанной технической проблемы предлагается способ построения двухчастотной антенной решетки, при котором используют щелевые излучатели L-диапазона, при этом объединяют излучатели Х-диапазона в подрешетки, которые размещают между излучателями L-диапазона.
Согласно изобретению, используют подрешетки Х-диапазона размером 8×8 печатных излучателей на две поляризации, содержащие по восемь 8-элементных антенных линеек, которые располагают вплотную друг к другу длинными сторонами, размещают щелевую антенную решетку L-диапазона под подрешетками Х-диапазона, устанавливают шаг расположения щелевых излучателей L-диапазона, в 8 раз превышающий шаг излучателей Х-диапазона, и размещают их между углами подрешеток Х-диапазона, располагают под каждым щелевым излучателем L-диапазона резонатор с проводящими стенками, выполняют щелевой излучатель L-диапазона в виде двух скрещенных щелей, при этом возбуждение щелей по каждой поляризации выполняют с помощью двух штырей, расположенных в резонаторе и запитываемых в противофазе, в случае размещения между антенными решетками Х- и L-диапазона приемо-передающих модулей Х-диапазона, в местах расположения щелевых излучателей L-диапазона в корпусе приемо-передающих модулей Х-диапазона выполняют сквозные металлизированные отверстия, повторяющие форму щелевых излучателей L-диапазона.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность электронного сканирования ДН в двух плоскостях.
Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:
- в предлагаемом способе антенная решетка обеспечивает работу в двух поляризациях, в то время как в прототипе возможна работа только с одной поляризацией, поскольку щелевые излучатели вырезаны в волноводе параллельно друг другу;
- в предлагаемом способе возможно электронное сканирование ДН в двух плоскостях, в то время как прототипе антенная решетка, в случае ее построения из нескольких волноводов, установленных параллельно друг другу, может сканировать только в одной плоскости, перпендикулярной расположению волноводов.
Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа построения двухчастотной антенной решетки из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На фиг. 1 приведен один из вариантов двухчастотной антенной решетки, построенной с использованием предлагаемого способа, вид сверху.
На фиг. 2 приведено вертикальное сечение фрагмента антенной решетки, построенной с использованием предлагаемого способа, в случае установки между антенными решетками Х- и L-диапазонов приемо-передающих модулей Х-диапазона.
На фиг. 3 приведена конструкция излучателя L-диапазона.
При реализации предложенного способа выполняется следующая последовательность действий:
- используют щелевые излучатели L-диапазона, при этом объединяют излучатели Х-диапазона в подрешетки, которые размещают между излучателями L-диапазона - 1;
- используют подрешетки Х-диапазона размером 8×8 печатных излучателей на две поляризации, содержащие по восемь 8-элементных антенных линеек, которые располагают вплотную друг к другу длинными сторонами - 2;
- размещают щелевую антенную решетку L-диапазона под подрешетками Х-диапазона, устанавливают шаг расположения щелевых излучателей L-диапазона в 8 раз превышающий шаг излучателей Х-диапазона и размещают их между углами подрешеток Х-диапазона - 3;
- располагают под каждым щелевым излучателем L-диапазона резонатор с проводящими стенками, выполняют щелевой излучатель L-диапазона в виде двух скрещенных щелей, при этом возбуждение щелей по каждой поляризации выполняют с помощью двух штырей, расположенных в резонаторе и запитываемых в противофазе - 4;
- в случае размещения между антенными решетками Х- и L-диапазона приемо-передающих модулей Х-диапазона, в местах расположения щелевых излучателей L-диапазона в корпусе приемо-передающих модулей Х-диапазона выполняют сквозные металлизированные отверстия, повторяющие форму щелевых излучателей L-диапазона - 5.
На фиг. 1 показан вариант антенной решетки из четырех подрешеток Х-диапазона 1 размером 8×8 печатных излучателей на две поляризации, содержащих по восемь 8-элементных антенных линеек 2, расположенных вплотную друг к другу длинными сторонами и размещенных под ними девяти щелевых излучателей L-диапазона 3.
Щелевые излучатели L-диапазона 3 расположены на платах L-диапазона 4 с шагом, в 8 раз превышающим шаг расположения излучателей Х-диапазона, и размещаются между углами подрешеток Х-диапазона 1.
На вертикальном сечении фрагмента антенной решетки (фиг. 2) подрешетка Х-диапазона 1 расположена над корпусом приемо-передающих модулей Х-диапазона 5, под ним расположены платы L-диапазона 4 с щелевыми излучателями L-диапазона 3 (на фиг. 2 не показаны) и резонатор L-диапазона 6.
В местах расположения щелевых излучателей L-диапазона 3 в корпусе приемо-передающих модулей Х-диапазона 5 выполняют сквозные металлизированные отверстия (на фиг. 2 не показаны), повторяющие форму щелевых излучателей L-диапазона 3.
Щелевой излучатель L-диапазона 3 (фиг. 3) содержит плату L-диапазона 4 с двумя скрещенными щелями 7, резонатор L-диапазона 6, и штыри 8, по два на каждую щель 7.
xmax
ymax
Расстояние между центрами печатных вибраторов в подрешетках Х-диапазона 1 устанавливают из условия отсутствия дифракционных максимумов при заданных максимальных углах отклонения луча θ и θ в плоскостях сканирования, используя выражение [3 - стр. 65 - Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Воскресенского Д.И. - М.: Радиотехника. 2012. - 744 с.]:
Возбуждение щелей 7 щелевых излучателей L-диапазона 3 по каждой поляризации выполняют с помощью двух штырей 8, расположенных в резонаторе L-диапазона 6 и запитываемых в противофазе. Подключение сигнала осуществляется с помощью разъемов или фидеров (на фиг. 3 не показаны).
Конструкция двухполяризационных печатных излучателей Х-диапазона и 8-элементных линеек Х-диапазона описана в [4 - Задорожный В.В., Ларин А.Ю., Карабутов С.И., Трекин А.С. Разработка микрополосковых излучателей для антенных решеток Х-диапазона с расширенной полосой рабочих частот // Радиотехника. 2014. №8. с. 96-100].
Предложенный способ обеспечивает построение двухчастотной антенной решетки на две поляризации, в то время как в прототипе возможна работа только с одной поляризацией, поскольку щелевые излучатели вырезаны в волноводе параллельно друг другу.
Предложенный способ обеспечивает построение двухчастотной антенной решетки с электронным сканированием ДН в двух плоскостях, в то время как прототипе антенная решетка, в случае ее построения из нескольких волноводов, установленных параллельно друг другу, может сканировать только в одной плоскости, перпендикулярной расположению волноводов.
Для проверки предлагаемого способа был изготовлен макет, испытания которого показали совпадение полученных характеристик с расчетными.