КОНСТРУКЦИЯ ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ С УПРАВЛЯЕМОЙ PIN ДИОДАМИ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ

Настоящая полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована для синтеза электромагнитной волны с заданным пространственным распределением амплитуды и фазы, в частности, в сканирующих антеннах СВЧ с электронным управлением. Более конкретно, полезная модель относится к СВЧ волноводно-щелевым антенным решеткам СВЧ диапазона с управляемой диаграммой направленности.
Управление диаграммой направленности у волноводно-щелевых антенных решеток может осуществляться изменением фаз мод электромагнитных волн, распространяющихся в волноводах. Электромагнитные волны, с разными фазами излучаемые из разных щелей волноводно-щелевой антенной решетки, формируют в дальней зоне требуемую диаграмму направленности. При этом к каждому волноводу волноводно-щелевой антенной решетки подсоединяется отдельный фазовращатель (см. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. Учебное пособие для вузов. Авторы: B.C. Филиппов, Л.И. Пономарев, А.Ю. Гринев и др. 2-е издание, дополненное и переработанное. Под редакцией Д.И. Воскресенского. Москва: Издательство «Радио и связь». Редакция литературы по радиотехнике и электросвязи, 1994).
К недостаткам данных устройств относятся большие габариты, высокая сложность изготовления, сложность систем управления фазовращателями и, соответственно, высокая стоимость.
Известны конструкции волноводно-щелевых антенных решеток, не использующих изменение фаз мод электромагнитных волн, распространяющихся в волноводах. Например, в патенте RU 2184411 от 10.12.2011 описана конструкция волноводно-щелевой антенной решетки, в которой изменение диаграммы направленности достигается за счет перераспределения электромагнитной энергии по полотну антенной решетки. Перераспределение электромагнитной энергии по полотну антенной решетки достигается за счет внесения в излучающие элементы (щели волноводов, составляющих антенную решетку (щелевые линии)) металлической пластины, что приводит к изменению волноводных параметров и, как следствие, к изменению энергии моды, распространяющейся по волноводу. Перемещение металлической пластины осуществляется за счет электромагнитного привода. Данная конструкция, за счет отсутствия фазовращателей, обладает меньшими габаритами, чем конструкции, в которых диаграмма направленности управляется фазовращателями. К недостаткам данной конструкции, относится необходимость наличия электромагнитных приводов, что утяжеляет полотно антенны.
Известна конструкция волноводно-щелевой антенной решетки с управляемой диаграммой направленности, свободная от вышеуказанных недостатков, выбранная за аналог (см. US 20050174294 от 11.08.2005, WO/2003/103090 от 11.12.2003). Управление диаграммой направленности осуществляется за счет перераспределения электромагнитной энергии по полотну антенной решетки. Конструкция представляет собой волноводно-щелевую антенную решетку, в которой между противоположных продольных сторон излучающих щелей волноводов (щелевых линий) включены PIN диоды. Перераспределение электромагнитной энергии по полотну антенной решетки достигается за счет открывания PIN диодов, которые в результате закорачивают противоположные продольные стороны излучающих щелей волноводов.
Недостатком конструкции-аналога являются высокие требования к электрическим контактам между PIN диодами и материалом волновода, что усложняет технологический процесс изготовления подобного устройства.
Задачей полезной модели являлась разработка такой конструкции волноводно-щелевой антенной решетки с управляемой диаграммой направленности, которая обеспечивала бы надежный электрический контакт между PIN диодами и материалом волновода с целью упрощения технологического процесса изготовления подобного устройства
Поставленная задача решается тем, что для обеспечения надежного электрического контакта между PIN диодами и материалом волновода предлагается следующая конструкция волноводно-щелевой антенной решетки с управляемой диаграммой направленности: волноводно-щелевая антенная решетка состоит из плоской кремниевой подложки и расположенной на ней кремниевой пластине. В кремниевой пластине методом анизотропного травления формируются волноводы, например прямоугольные, щели в волноводах, а также подложки для последующего изготовления PIN диодов, соединяющих противоположные продольные стороны излучающих щелей волноводов (щелевые линии). PIN диоды формируются в полученных подложках методами ионной имплантации.
Таким образом, в предлагаемой конструкции PIN диоды выполняются заедино с волноводами в едином технологическом процессе, что обеспечивает высокое качество электрического контакта между PIN диодами и материалом волновода.
Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где:
на фиг. 1 показана схема предлагаемой волноводно-щелевой антенной решетки с управляемой диаграммой направленности.
Настоящая волноводно-щелевая антенная решетка с управляемой диаграммой направленности содержит: волноводы 16 щелевые линии 2, PIN диоды 3, устройство управления 4.
Настоящую волноводно-щелевую антенную решетку с управляемой диаграммой направленности используют следующим образом. В волноводах 1 опорной волной возбуждается основная мода. В соответствии с пространственной структурой основной моды щелевые линии 2, при расположении их по разные стороны относительно середины широкой стенки волновода, возбуждаются в противофазе. Так как расстояние между двумя противофазными щелями меньше половины длины волны, при одинаковом уровне возбуждения не происходит излучения поля, возбуждаемого щелевыми линиями, в дальнюю зону и, следовательно, возбуждается быстрая поверхностная волна, распространяющаяся вдоль волновода. Для излучения поля в дальнюю зону требуется внести разбаланс в возбуждение щелевых линий, что достигается изменением проводимости щелевой линии. Изменение проводимости щелевых линий осуществляется PIN диодами 3, расположенными вдоль линии.
PIN диоды, под действием сигнала с устройства формирования управляющих сигналов 4, обеспечивают необходимое пространственное распределение щелевых линий по площади антенны.
-6
-8
Таким образом, в настоящей волноводно-щелевой антенной решетке с управляемой диаграммой направленности за счет управления распределением проводимости щелевых линий антенны достигается управление формой диаграммы направленности в широкой полосе рабочих частот, ограничиваемой лишь полосой рабочих частот системы формирования опорной волны - бегущей волны типа Н01 в совокупности излучающих волноводов. Время перестройки диаграммы направленности, определяется временем переключения PIN диодов и может составлять (10-10) сек.