АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ОТКЛОНЕННЫМ ЛУЧОМ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ

Антенная решетка с отклоненным лучом диаграммы направленности
Заявляемое техническое решение (полезная модель) относится к технике связи, а именно, к СВЧ-акгеннам, предназначенным для тфиема или передачи сигналов геостационарного вещательного спутника, а также может быть использовано для работы в системах радиосвязи и радаюлокации.
Известна плоская антенная решетка (пат. Франции № 2609577, МКИ H01Q 21/06, опубл. 15.07.88 г.), состоящая из суперпозиции парных элементов с питанием, выполненным печатным способом. Данная ангенная решетка имеет модульную конструкцию. Каждый модуль состоит из центральной диэлектрической пластаны с расположенными на ней микрополосковыми линиями и двух металлических пластин, расположенных сверху и снизу от ценгральиой. Последние имеют соосные кр5тлые отверстия-излучатели, равномерно расположенные на поверхности, образуя антенную решетку из 16 (4x4) элементов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является плоская СВЧангенная решетка, свидетельство РФ № 2056 от 05.08.94 г. МКИ H01Q 21/00. Данная ангенная решетка состоит из двух совмещенных диэлектрических плат, на одной из которых выполнены излучатели, а на второй их резонаторы и микрополосковая разводка. Вся ангенная решетка разбита на подрешетки и сигналы от них суммируются с помощью волноводного сумматора на четыре.
Общим недостатком известных конструкций является то, что основной луч диаграммы направленности ориентирован по нормали к плоскости печатных плат. При этом для точной ориентации антенны на источник излучения (спутник) приходится вращать антенны в двух плоскостях (по азимуту и углу места), чго усложняет процесс юстировки антенны и увеличивает стоимость опорно-поворотного устройства антенны. Вместе с тем известно, что больпшнство геостационарных (вещательных и связных) спутников имеют для данной местности одно и то же значение координаты по углу места (порядка 10-15 Г|;идусов в России и до 90 градусов при приближении к экватору), и использование антенны с заранее отклоненным лучоы на некоторое значение (фиксированное для данной местности) позволяет не юстировать антенну по углу места при установке и уггростить опорно-поворотное устройство, которое должно обеспечивать вращение только по одной координате (азимуту).
в обеих известных конструкциях антенн можно, в принципе, сформировать отклоненный луч путем создания необходимого фазового распределения в отдельных излучателях А.З. Фрадин. Антенно-фидёрные устройства. М., Связь, 1977. - гл.10. за счет изменения электрических длин питающих проводников, но техническая реализация такого метода отклонения луча в печатных антеннах возможна до углов отклонения 10-15 градусов в связи с тем, что удлиненные пигаюпще проводники не помещаются в свободном пространстве печатных плат между излучателями. Кроме того при реализации этого метода возрастают потери в питающей разводке и снижается коэффициент усиления антенны.
Заявляемое решение направлено на реализацию следуюпщх задач:
а)создание диаграммы направленности с отклоненным основным лепеспсом на угол до 90 градусов от нормали к плоскости антенны гфи оптимальном использования плохцади ангенной рещетки;
б)минимизация стоимости изготовления и установки антенн с отклоненным лучом диаграммы направленности за счет упрощения опорно-поворотного устройства и процедуры юстировки антенны на источник излечения.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что антенная решетка состоит из двух совмещенных печатных металдющюванных диэлектрических плат, в первой из которых выполнены отверстия-излз чатели, а во второй, напротив излучателей, выполнены возбужающие их резонаторы, а также микрополосковая питающая разводка, причем излучатели сгругшированы, и вокруг каждой из групп излучателей в обеих платах выполнены П-образные прорези и каждая из групп излучателей отогнута от общей плоскости плат на угол, соответствуюпщй требуемому углу отклонения луча антенны от нормали к плоскости решетки.
На фиг. 1 показан обпщй вид предлагаемой антенны, с отогнутыми от плоскости антенны группами излучателей.
На фиг. 2-5 показан пример конкретного выполнения антенной решетки:
на фиг. 2 представлен фрагмент гфедлагаемой антенной решетки в плоскости сечения двух соседних элементов;
на фиг. 3 показан фрагмент платы излучателей;
на фиг. 4 показан фрагмент платы СВЧ разводки для возбуждения и фазировки элеменгов антенной решетки.
На фиг. 5 и 6 представлены экспериментальные данные испытаний изготовленного мжета решетки для диапазона 11,7-12,2 ГГц (одного из используемых диапазонов спутникового телевещания):
на фиг. 5 приведены экспериментальные диаграммы направленности при угле отклонения основного луча на 45 градусов от плоскости решетки;
на фиг. 6 представлены экспериментальные электрические характеристики (коэффициент усиления и КСВН) макета.
Предлагаемая антенная решетка состоит из двух совмегценных печатных 1 и 2 (фиг. 2), в металлизированной стороне платы 1 (платы излучателей) выполнены отверстия излучателей 3 (фиг.З), причем излучатели объединены в группы 4 (фиг.1). Отверстияизлучатели могут быть выполнены прямоугольной, круглой или более сложной формы, а также могут содержать дополнительные печатные элементы, обеспечивающие или линейную, или круговую поляризацию в зависимости от поставленных задач. На фиг. 3 тфиведен пример конкретного выполнения излучателей с круговой поляризацией с дополнительным печатным щюводником. Напротив излучателей на второй плате (плате разводки) расположены возбуждающие резонаторы и линии питающей разводки. Пакет из двух печатных плат имеет П-образные прорези 5 вокруг групп излучателей, выполненных таким образом, что печатные платы изогнуты и группы излучателей отклонены от плоскости решетки 6 (фиг.1) на угол, соответствующий требуемому углу отклонения диаграммы направленности от нормали к плоскости решетки.
Питающая разводка, выполненная на плате 2, включает в себя сложный сумматор 7 (фиг.4), выход которого является выходом решетки. Питающая разводка выполнена на симметричной микрополосковой линии, для чего между платой из.1г чателей и платой разводки, а также между платой разводки и металлическим основанием 8 проложены диэлектрические прокладки 9 и 10 определенной толпщны (фиг. 2), имеющее такие же Побразные прорези 5, как платы и основание, причем металлизированная часть платы излучателей и металлическое основание выполняют роль экранов симметричной микрополосковой линии. Питающая разводка вьшолняется таким образом, что электрическая длина линий передач от каждого излучателя одинакова (с учетом пространственного положения излучателей) до выхода решетки, так что обеспечивается компенсация фазовьк набегов от различных излучателей ягтенной решетки, гфичем без укорочения 1фатно длине волны. Это позволяет создать частотно независимую систему питающей разводки.
Печатные платы выполнены из настолько тонкого материала (в макете антенны использовался материал типа фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,1 мм), что его толщина позволяет с заданным радиусом изгибать платы. С целью увеличения жесткости и сохранения формы антенны при изготовлении пакет из печатных плат 1 и 2 и диэлектрических прокладок 9 и 10 прикреплен (например, приклеен) к металлическому основанию 8 (фиг. 2), которое имеет такие же П-образные про1юзи 5 и отощутые на угол отклонения  участки, лежащие под группами 4 излучателей.
Гфедлагаемая антенна работает следующим образом (в режиме на переда). Ыа вход антенны поступает мопщость от источника сигнала и через питающую разводку распределяется между резонаторами. Резонаторы возбуждают отверстия-излучатели, которые  мощность в пространство. Количество, взаимное расположение и фазировка излучателей определяют форму (ширину) диаграммы направленности антенной решетки. Так как плоскости излз чателей отклонены на определенный угол от плоскости решетки, на тот же угол отклоняется и главная ось диаграммы направлеьшости антенны, чем достигается решение поставленной задачи. Диаграмма нагфавленности ангенны при работе на прием совершенно аналогична в силу принципа взаимности.
Экспериментальные исследования, щюведенные на изготовленном макете антенны в диапазоне спутникового ТВ, показали ее работоспособность при угле отклонения луча 45 градусов (фиг. 5 и 6).
При установке ангенны с заранее отклоненным лучом диаграммы направленности (для данной местности) достаточно установить антенну строго вертикально (например, на стене здания) или горизонтально (например, на крыше) и ориентировать ее по единственной координате - азимуту на источник излучения, что упрощает процедуру юстировки и удешевляет опорно-поворотное устройство антенны.
Предлагаемое техническое решение позволяет строш-ь ангенны с заранее отклоненным (на этапе изготовления) основным лучом, по стоимости изготовления, максимально щ)иближенные к обычным плоским печатным антенным решеткам, и открывает в этом классе антенн принципиально новые потребите.11ьские свойства, связанные с упрощением юстировки антенн на источник излучения.
Предлагаемые ангенны могут быть использованы для регионов, где угол возвышения спутника над горизонтом составляет от О до 90 градусов, т.е. практически на всей поверхности Земли.