КОМПАКТНАЯ ШИРОКОПОЛОСНАЯ ДВУХПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА (ВАРИАНТЫ)
COMPACT BROADBAND DOUBLE-POLARIZATION ANTENNA ARRAY (OPTIONS)

Область техники, к которой относится заявленное изобретение
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в широкополосных антенных решетках с регулируемой или переключаемой поляризацией.
Уровень техники
Известна антенная решетка, описанная в патенте US 6075494 А, МПК H01Q 21/00, H01Q 21/06, Н01Р 5/12, опубл. 13.06.2000, содержащая широкополосную параллельную структуру каналов возбуждения, содержащую сеть делителей мощности, включающую N уровней подачи сигнала, сформированные как множество слоев, образующих параллельные пластинчатые волноводные структуры, при этом каждый из уровней подачи сигнала образован тройниками в Е-плоскости, образующими делители мощности с двумя горизонтальными плечами, между которыми делится мощность, снабженные выборочно взаимосвязанным множеством согласующих ступенчатых трансформаторов и изгибов в Е-плоскости.
Конструкция данной известной антенной решетки (АР) принципиально позволяет создать в раскрыве АР только одну поляризацию электромагнитной волны - линейную, что не позволяет ее использовать для создания двух ортогональных линейных или круговых поляризаций.
Кроме того, при используемом способе возбуждения данной известной АР посредством линейного непрерывного источника возбуждения, в раскрыве АР, как правило, создается спадающее к краям амплитудное распределение, что приводит к уменьшению эффективности антенны.
Известна фазированная антенная решетка (ФАР) с левой и правовой круговой пространственными поляризациями, описанная в патенте RU 2365000 С1, МПК H01Q 21/00, опубл. 20.08.2009, выполненная в виде многослойной панели и содержащая излучатели и волноводную распределительную систему, выполненную по схеме деления параллельного типа и состоящую из волноводных делителей мощности.
Использование в конструкции данной известной ФАР поляризаторов для приема сигналов с левой и с правой круговыми поляризациями ограничивает полосу рабочих частот и увеличивает массогабаритные параметры антенной решетки. Кроме того, конструкция данной известной ФАР не позволит изменять при необходимости вид поляризации принимаемых сигналов.
Известна двухполяризационная антенная решетка, описанная в патенте US 9184482 В2, МПК H01Q 13/00, Н01Р 5/12, опубл. 25.06.2015, содержащая массив антенных элементов, сконфигурованный для приема и передачи двух независимых сигналов с левой и правовой круговыми поляризациями, и двухполяризационную формирующую сеть параллельного типа, представляющую собой панель, содержащую множество слоев с волноводными каналами, образующие делители/сумматоры для двух независимых сигналов с левой и правой круговыми поляризациями, причем делители/сумматоры смещены в шахматном порядке в соответствии с местоположением излучателей в массиве антенных элементов.
Данная антенная решетка по сути является комбинацией линейных антенных решеток, представляющую собой плоскую структуру. Для получения плоской антенной решетки необходимо выполнить набор из нескольких линейных антенных решеток, что несомненно приведет к увеличению массогабаритных характеристик плоской антенной решетки, а также уменьшит ее широкополосность из-за необходимости расположения составляющих линейных антенных решеток в единый массив, образующий плоскую антенную решетку. При этом плоские слои, образующие апертуру антенной решетки будут расположены ортогонально ее раскрыву. Кроме того, для получения различных видов поляризаций необходимо дополнение этих линейных антенных решеток дополнительными слоями. Это значит, что будет отсутствовать принципиальная возможность изменения поляризации всей плоской антенной решетки, с одной стороны, а также возникнет ограничение по ее рабочей полосе частот.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является компактная широкополосная двухполяризационная антенная решетка (АР), описанная в патенте US 6507319 В2, МПК H01Q 21/00, H01Q 21/06, опубл. 14.01.2003, содержащая излучающий узел с множеством излучающих элементов и двухполяризационную диаграммообразующую схему (ДОС), содержащую первый и второй узлы формирования диаграммы направленности (ДН), сконфигурированные для формирования и подачи на излучающие элементы соответственно первого сигнала, имеющего первую поляризацию, и второго сигнала, имеющего вторую поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала, при этом каждый из узлов формирования луча, включающий в себя множество слоев с сформированными в них отверстиями и волноводными каналами, соединенными с множеством излучающих элементов, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления соответствующего сигнала, сформированную волноводными каналами в каждом упомянутом слое.
Данная антенная решетка предназначена для одновременного формирования в пространстве двух и более независимых лучей ДН в широкой полосе частот. Для создания ДОС сформирована многослойная структура, представляющая собой набор делителей мощности, возбуждаемых линейным квазиоптическим делителем мощности, позволяющим при помощи многослойных направленных структур подавать на ее выход два и более сигнала с различными фазовыми распределениями. Для получения круговой, или ортогональных поляризаций двух сигналов эту антенную решетку также необходимо снабжать двухчастотными поляризаторами, которые не только увеличат массу и габариты антенной решетки, но также ограничат полосы рабочих частот каждого из сигналов.
Таким образом, существует техническая проблема по созданию антенной решетки, обеспечивающей получение ортогональных поляризаций двух независимых сигналов в именно широкой полосе частот, и одновременно компактной.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание компактной широкополосной двухполяризационной антенной решетки.
Технический результат изобретения заключается в создании компактной широкополосной двухполяризационной антенной решетки с минимальным уровнем боковых лепестков ее диаграммы направленности за счет обеспечения большей плотности размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления первого и второго сигналов ортогональной поляризации, в апертуре антенной решетки.
Для достижения указанного технического результата представлено четыре варианта реализации компактной широкополосной двухполяризационной антенной решетки (АР), содержащей излучающий узел с множеством излучающих элементов и двухполяризационную диаграммообразующую схему (ДОС), содержащую первый и второй узлы формирования диаграммы направленности (ДН), сконфигурированные для формирования и подачи на излучающие элементы соответственно первого сигнала, имеющего первую поляризацию, и второго сигнала, имеющего вторую поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала, при этом каждый из узлов формирования ДН, включающий в себя множество слоев с сформированными в них отверстиями и волноводными каналами, соединенными с множеством излучающих элементов, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления соответствующего сигнала, сформированную волноводными каналами в каждом упомянутом слое.
ВХ
ВЫХ
ВХ
Согласно независимому пункту 1 формулы в первом варианте реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС с М входными портами и с М выходными портами выполнена в виде сборки квадратной формы размером L×L попеременно чередующихся между собой слоев со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно, причем количество М входных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:
ВХ
N
М=2×(2-1),
ВЫХ
а количество М выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:
ВЫХ
N+1
N
М=2×(2-1),
при этом в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС между слоем с волноводными каналами, образующими последнюю ступень деления второго сигнала, имеющего поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала, и слоем с волноводными каналами, образующими последнюю ступень деления первого сигнала, расположен дополнительный слой, в котором сформированы волноводные каналы с выходами, смещенными в одну и ту же сторону перпендикулярно широким стенкам упомянутых волноводных каналов на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов соответствующего слоя, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою, причем в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов в дополнительном слое равно:
N
R=L/(2×(2-1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки двухполяризационной ДОС.
ВХ
ВЫХ
ВХ
Согласно независимому пункту 7 формулы во втором варианте реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС с Мвходными портами и с М выходными портами выполнена в виде сборки множества узлов квадратной формы размером , расположенных водной плоскости согласно заданной ДН упомянутой АР, причем количество М входных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:
ВХ
N
М=2×(2-1),
ВЫХ
а количество М выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:
ВЫХ
N+1
N
М=2×(2-1),
каждый из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС содержит попеременно чередующиеся между собой слои со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно, при этом в каждом из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС между слоем с волноводными каналами, образующими последнюю ступень деления второго сигнала, имеющего поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала, и слоем с волноводными каналами, образующими последнюю ступень деления первого сигнала, расположен дополнительный слой, в котором сформированы волноводные каналы с выходами, смещенными в одну и ту же сторону перпендикулярно широким стенкам упомянутых волноводных каналов на расстояние r относительно центров выходов волноводных каналов соответствующего слоя, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою, причем в каждом узле в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние r смещения выходов упомянутых волноводных каналов в дополнительном слое равно:
где  - длина стороны каждого узла в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС.
ВХ
ВЫХ
ВХ
Согласно независимому пункту 15 формулы в третьем варианте реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС с Мвходными портами и с М выходными портами выполнена в виде сборки квадратной формы размером L×L попеременно чередующихся между собой слоев со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно, причем количество М входных портов упомянутой двухполяризационнойДОС равно:
ВХ
N
М=2×(2-1),
ВЫХ
а количество М выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:
ВЫХ
N+1
N
М=2×(2-1),
при этом в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС после каждого из слоев с волноводными каналами, соответственно образующих последние ступени деления каждого из сигналов, соответственно расположено по одному дополнительному слою, в которых сформированы волноводные каналы с выходами, соответственно смещенными в одну и ту же сторону перпендикулярно широким стенкам упомянутых волноводных каналов на расстояние R относительно центров выходных волноводных каналов слоя, соответственно предыдущего по отношению к соответствующему дополнительному слою, причем в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов в каждом дополнительном слое равно:
N
R=L/(2×(2-1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки двухполяризационной ДОС.
ВХ
ВЫХ
ВХ
Согласно независимому пункту 21 формулы в четвертом варианте реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС с Мвходными портами и с М выходными портами выполнена в виде сборкимножества узлов квадратной формы размером , расположенных в однойплоскости согласно заданной ДН упомянутой АР, причем количество Мвходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:
ВХ
N
М=2×(2-1),
ВЫХ
а количество М выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:
N+1
N
Мвых=2×(2-1),
каждый из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС содержит попеременно чередующиеся между собой слои со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно, при этом в каждом из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС после каждого из слоев с волноводными каналами, соответственно образующих последние ступени деления каждого из сигналов, соответственно расположено по одному дополнительному слою, в которых сформированы волноводные каналы с выходами, соответственно смещенными в одну и ту же сторону перпендикулярно широким стенкам упомянутых волноводных каналов на расстояние r относительно центров выходных волноводных каналов слоя, соответственно предыдущего по отношению к соответствующему дополнительному слою, причем в каждом из узлов в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние r смещения выходов упомянутых волноводных каналов в каждом дополнительном слое равно:
где  - длина стороны каждого узла в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения согласно второму и четвертому вариантам его реализации узлы в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС расположены в плоскости в ряд согласно заданной ДН.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения согласно второму и четвертому вариантам его реализации узлы в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС расположены в плоскости в шахматном порядке согласно заданной ДН.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому из вариантов его реализации излучающие элементы в излучающем массиве АР выполнены волноводными.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому из вариантов его реализации излучающие элементы в излучающем массиве АР выполнены в форме рупоров.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому из вариантов его реализации излучающие элементы в излучающем массиве АР выполнены щелевыми.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому из вариантов его реализации АР дополнительно снабжена узлами деления мощности первого и второго сигналов, соединенными с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами АР.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому из вариантов его реализации АР снабжена узлом фазовращателей, сконфигурированным для регулировки фазы первого и второго сигналов, соединенным с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами АР.
Обеспечение возможности размещения дополнительной ступени деления соответствующего сигнала без пересечения с волноводными каналами ортогональной поляризации в первом варианте реализации заявленного изобретения достигается за счет смещения выходов волноводных каналов ДОС, сформированных в дополнительном слое, соответственно расположенным между попеременно чередующимися слоями с последними ступенями деления первого и второго сигналов в сборке ДОС квадратной формы размером L×L попеременно чередующихся между собой слоев, на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов соответствующего слоя, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою, причем в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов в дополнительном слое равно:
R=1/(2×(2N-1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки двухполяризационной ДОС, а во втором варианте реализации заявленного изобретения - за счет смещения выходов волноводных каналов ДОС, сформированных в дополнительном слое, соответственно расположенным между попеременно чередующимися слоями с последними ступенями деления первого и второго сигналов в каждом узле сборки ДОС квадратной формы размером , содержащем попеременно чередующиеся между собой слои, на расстояние r относительно центров выходов волноводных каналов соответствующего слоя, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою, причем в каждом узле в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние r смещения выходов упомянутых волноводных каналов в дополнительном слое равно:
где  - длина стороны каждого узла в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС.
Обеспечение возможности размещения дополнительной ступени деления соответствующего сигнала без пересечения с волноводными каналами ортогональной поляризации в третьем варианте реализации заявленного изобретения достигается за счет смещения выходов волноводных каналов, сформированных в каждом дополнительном слое, соответственно расположенным в сборки ДОС квадратной формой размером L×L попеременно чередующихся между собой слоев после каждого из слоев с последней ступенью деления каждого из сигналов, на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов слоя, соответственно предыдущего по отношению к соответствующему дополнительному слою, причем в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов в каждом дополнительном слое равно:
N
R=L/(2×(2-1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки двухполяризационной ДОС, а в четвертом варианте реализации заявленного изобретения - за счет смещения выходов волноводных каналов, сформированных в каждом дополнительном слое, соответственно расположенном в каждом узле сборки ДОС квадратной формой размером  попеременно чередующихся между собой слоев после каждого из слоев с последней ступенью деления каждого из сигналов, на расстояние r относительно центров выходов волноводных каналов слоя, соответственно предыдущего по отношению к соответствующему дополнительному слою, причем в каждом из узлов в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС данное расстояние r смещения выходов упомянутых волноводных каналов в каждом дополнительном слое равно:
где  - длина стороны каждого узла в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС.
ВЫХ
Обеспечение возможности размещения дополнительной ступени деления соответствующего сигнала без пересечения с волноводными каналами ортогональной поляризации позволяет получить в два раза большее количество волноводных каналов в апертуре антенной решетки той же площади, то есть большую плотность размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления первого и второго сигналов ортогональной поляризации, в апертуре антенной решетки. Причем в случае обеспечения большей плотности размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления первого и второго сигналов ортогональной поляризации количество М выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:
ВЫХ
N+1
N
М=2×(2-1),
ВХ
при количестве М входных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равным:
ВХ
N
М=2×(2-1)
За счет обеспечения большей плотности размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления первого и второго сигналов ортогональной поляризации, в апертуре антенной решетки достигается минимальный уровень боковых лепестков диаграммы направленности компактной двухполяризационной антенной решетки в широкой полосе рабочих частот.
Во втором и в четвертом вариантах реализации заявленного изобретения дополнительно к выше указанному техническому результату обеспечивается возможность задавать диаграмму направленности (ДН) заявленной антенной решетки (АР) путем регулирования ширины ее ДН или коэффициента усиления посредством расположения согласно заданной ДН в сборке двухполяризационной ДОС совокупности ее узлов в одной плоскости, причем количество узлов и их расположение в одной плоскости определяется согласно заданной ДН по известным методикам расчета требуемой ширины ДН или коэффициента усиления заявленной АР.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлен частично разобранный внешний вид в перспективе сборки двухполяризационной ДОС по первому варианту реализации заявленного изобретения. На фиг. 2 представлен частично разобранный внешний вид в перспективе сборки двухполяризационной ДОС по третьему варианту реализации заявленного изобретения. На фиг. 3а представлена часть внешнего вида плоскости дополнительного слоя, расположенного в сборке двухполяризационной ДОС согласно первому варианту реализации заявленного изобретения, на фиг. 3б - часть внешнего вида плоскости слоя с последней ступенью деления второго сигнала, а на фиг. 3в - часть внешнего вида плоскости дополнительного слоя, расположенного в сборке двухполяризационной ДОС согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения. На фиг. 4 представлено сечение сборки двухполяризационной ДОС по первому варианту реализации заявленного изобретения. На фиг. 5 представлен внешний вид расположения узлов в плоскости в ряд в сборке двухполяризационной ДОС в частных случаях осуществления заявленного изобретения по второму и четвертому вариантам его реализации. На фиг. 6 представлен внешний вид расположения узлов в плоскости в шахматном порядке в сборке двухполяризационной ДОС в частных случаях осуществления по второму и четвертому вариантам его реализации. На фиг.7а представлена принципиальная схема сети деления в сборке ДОС по первому варианту реализации заявленного изобретения, а на фиг. 7б - по третьему варианту реализации заявленного изобретения. На фиг. 8 представлена зависимость уровня бокового излучения с учетом дифракционного максимума ДН от отношения шага АР к длине рабочей волны (d/λ) для заявленной АР с равномерным амплитудно-фазовым распределением.
На фиг. 3а-3в выходы волноводных каналов, изображенные пунктиром, обозначают вход в слой, выходы волноводных каналов, изображенных сплошной линией - выход из слоя двухполяризационной ДОС, а стрелками показано наличие волноводного канала в плоскости слоя и направление распространения мощности в нем.
Примеры осуществления изобретения
Компактная широкополосная двухполяризационная антенная решетка (АР) содержит излучающий узел с множеством излучающих элементов, двухполяризационную диаграммообразующую схему (ДОС) и передатчик.
По первому и третьему вариантам реализации заявленного изобретения упомянутая двухполяризационнная ДОС выполнена в виде сборки квадратной формой размером L×L попеременно чередующихся между собой слоев с сформированными в них отверстиями и волноводными каналами.
По второму и четвертому вариантам реализации заявленного изобретения упомянутая двухполяризационная ДОС выполнена в виде сборки множества узлов квадратной формой размером , расположенных в одной плоскости согласно заданной диаграмме направленности (ДН) упомянутой антенной решетки (АР).
Во втором и в четвертом вариантах реализации заявленного изобретения дополнительно к выше указанному техническому результату обеспечивается возможность задавать диаграмму направленности (ДН) заявленной антенной решетки (АР) путем регулирования ширины ее ДН или коэффициента усиления посредством расположения согласно заданной ДН в сборке двухполяризационной ДОС совокупности ее узлов в одной плоскости. Причем количество узлов и их расположение в одной плоскости определяется согласно заданной ДН по известным методикам расчета требуемой ширины ДН или коэффициента усиления заявленной АР.
ВХ
ВЫХ
ВЫХ
По любому варианту реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС с М входными портами и с М выходными портами содержит первый 1 и второй 2 узлы формирования ДН, сконфигурированные для формирования и подачи на излучающие элементы соответственно первого сигнала, имеющего первую поляризацию, и второго сигнала, имеющего вторую поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала. Причем по любому варианту реализации заявленного изобретения количество М выходных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:
ВЫХ
N+1
N
М=2×(2-1),
ВХ
а количество М входных портов упомянутой двухполяризационной ДОС равно:
ВХ
N
М=2×(2-1).
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации АР дополнительно снабжена узлами деления мощности первого и второго сигналов, соединенными с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами АР.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации АР снабжена узлом фазовращателей, сконфигурированным для регулировки фазы первого и второго сигналов, соединенным с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами АР.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации излучающие элементы в излучающем узле АР выполнены волноводными.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации излучающие элементы в излучающем узле АР выполнены в форме рупоров.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации излучающие элементы в излучающем узле АР выполнены щелевыми, например, в виде излучателей Вивальди.
Как видно на фиг. 1, согласно первому варианту исполнения заявленного изобретения сборка 10 двухполяризационной ДОС содержит первый 1 и второй 2 узлы формирования ДН. Первый 1 узел формирования ДН, включающий в себя совокупность 1а, 1б, 1в, 1г и 1д слоев с соответственно сформированными в них отверстиями и волноводными каналами 11а, 11б, 11в, 11г и 11д, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления первого сигнала, сформированную соответствующими волноводными каналами в каждом упомянутом слое. Второй 2 узел формирования ДН, включающий в себя совокупность 2а, 2б, 2в и 2г слоев с соответственно сформированными в них отверстиями и волноводными каналами 12а, 12б, 12в и 12г, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления первого сигнала, сформированную соответствующими волноводными каналами в каждом упомянутом слое.
Сформированные в первом 1а слое волноводные каналы Па образуют первую ступень деления первого сигнала с двумя волноводными каналами, между которыми делится мощность первого сигнала, сформированные во втором 16 слое волноводные каналы 11б образуют вторую ступень деления первого сигнала с четырьмя волноводными каналами, между которыми делится мощность первого сигнала. Сформированные в первом 2а слое волноводные каналы 12а образуют первую ступень деления второго сигнала с двумя волноводными каналами, между которыми делится мощность второго сигнала, сформированные во втором 2б слое волноводные каналы 12б образуют вторую ступень деления второго сигнала с четырьмя волноводными каналами, между которыми делится мощность второго сигнала. Таким образом, по любому варианту реализации заявленного изобретения каждый последующий слой в каждом узле формирования луча содержит удвоенное количество волноводных каналов, образующих ступени деления соответствующего сигнала.
Как видно на фиг. 1, согласно первому варианту реализации заявленного изобретения в упомянутой сборке 10 двухполяризационной ДОС между слоем 2г с волноводными каналами 12г, образующими последнюю ступень деления второго сигнала, имеющего поляризацию, ортогональную поляризации первого сигнала, и слоем 1г с волноводными каналами 11г, образующими последнюю ступень деления первого сигнала, расположен дополнительный слой 1д, в котором сформированы волноводные каналы 11д.
Как видно на фиг. 4, по первому варианту реализации_заявленного изобретения в упомянутой сборке 10 двухполяризационной ДОС выходы волноводных каналов 11д в дополнительном слое 1д смещены в одну и ту же сторону перпендикулярно широким стенкам упомянутых волноводных каналов на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов 11г соответствующего слоя 1г, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою 1д. Причем в упомянутой сборке 10 двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов 11д в дополнительном слое 1д равно:
N
R=L/(2×(2-1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки 10 двухполяризационной ДОС.
За счет такого смещения выходов волноводных каналов 11д в дополнительном слое 1д обеспечивается возможность размещения еще одной дополнительной ступени деления второго сигнала без пересечения с волноводными каналами ортогональной поляризации.
ВЫХ
Как следствие, это позволяет получить в два раза большее количество волноводных каналов в апертуре антенной решетки той же площади, то есть большую плотность размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления двух независимых первого и второго сигналов ортогональных поляризаций, в плоскости слоя 3 с М выходными портами в сборке 10 двухполяризационной ДОС.
Как видно на фиг. 3а, выходы волноводных каналов в плоскости дополнительного слоя 1д расположены Г-образно, а выходы волноводных каналов в плоскости слоя 2г с последней ступенью деления второго сигнала расположены Т-образно (см. фиг. 3б).
По любому варианту реализации заявленного изобретения в первом 1 узле формирования ДН соединенные друг с другом N ступеней деления первого сигнала образуют сеть делителей мощности первого сигнала параллельного типа; аналогично, во втором 2 узле формирования ДН соединенные друг с другом N ступеней деления второго сигнала образуют сеть делителей мощности второго сигнала параллельного типа, расположенную в сборке двухполяризационной ДОС перпендикулярно относительно сети делителей мощности первого сигнала.
Как видно на фиг. 7а, согласно первому варианту реализации заявленного изобретения каждый отдельный излучающий элемент в излучающем узле 100 АР соединен с соответствующими сетями 10а и 10б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций, образованными волноводными каналами в сборке 10 двухполяризационной ДОС попеременно чередующихся слоев, причем совокупность слоев с волноводными каналами, образующими сеть 10а деления мощности первого сигнала, в сборке 10 двухполяризационной ДОС содержит дополнительный слой 1д со смещением выходов сформированных в нем волноводных каналов.
В частном случае осуществления заявленного изобретения входы соответствующих сетей 10а и 10б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций в сборке 10 двухполяризационной ДОС соединены с соответствующим выходом узла фазовращателей (на фиг 7а, не показан), соединенным с передатчиком (на фиг. 7а, не показан).
В частном случае осуществления заявленного изобретения входы соответствующих сетей 10а и 10б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций в сборке 10 двухполяризационной ДОС соответственно соединены с соответствующим выходами узлов делителей мощности первого и второго сигналов (на фиг 7а, не показан), соединенных с передатчиком (на фиг. 7а, не показан).
Аналогично первому варианту реализации заявленного изобретения, упомянутые выше конструктивные элементы связаны друг с другом в каждом узле 200 в сборке 20 двухполяризационной ДОС по второму варианту реализации заявленного изобретения.
Как видно на фиг. 2, согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения сборка 30 двухполязационной ДОС содержит первый 1 и второй 2 узлы формирования ДН. Первый 1 узел формирования ДН, включающий в себя совокупность 1а, 1б, 1в, 1г и 1д слоев с соответственно сформированными в них отверстиями и волноводными каналами Па, 116, 11в, 11г и 11д, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления первого сигнала, сформированную соответствующими волноводными каналами в каждом упомянутом слое. Второй 2 узел формирования ДН, включающий в себя совокупность 2а, 2б, 2в, 2г и 2д слоев с соответственно сформированными в них отверстиями и волноводными каналами 12а, 12б, 12в, 12г и 12д, содержит сеть делителей мощности, включающую N ступеней деления первого сигнала, сформированную соответствующими волноводными каналами в каждом упомянутом слое.
Как видно, на фиг. 2, согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения в упомянутой сборке 30 двухполяризационной ДОС после слоя 1г с волноводными каналами 11г и после слоя 2г с волноводными каналами 12г, соответственно образующими последние ступени деления первого и второго сигналов, соответственно расположены дополнительные слои 1д и 2д.
По третьему варианту реализации заявленного изобретения в упомянутой сборке 30 двухполяризационной ДОС выходы волноводных каналов 11д в дополнительном слое 1д смещены в одну и ту же сторону перпендикулярно широкой стенки упомянутых волноводных каналов на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов 11г соответствующего слоя 1г, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою 1д, а выходы волноводных каналов 12д в дополнительном слое 2д смещены в одну и ту же сторону перпендикулярно широкой стенки упомянутых волноводных каналов на расстояние R относительно центров выходов волноводных каналов 12г соответствующего слоя 1г, предыдущего по отношению к упомянутому дополнительному слою 1д. Причем в упомянутой сборки 30 двухполяризационной ДОС данное расстояние R смещения выходов упомянутых волноводных каналов 11д и 12д каждом дополнительном слое 1д и 2д соответственно равно:
N
R=L/(2×(2-1)),
где L - длина стороны упомянутой сборки 30 двухполяризационной ДОС.
ВЫХ
За счет такого смещения выходов двух соответствующих волноводных каналов 11д и 12д в двух дополнительных слоях 1д и 2д соответственно обеспечивается возможность размещения дополнительной ступени деления второго сигнала без пересечения с волноводными каналами ортогональной поляризации, а также выполнить симметричное расположение выходов волноводных каналов, образующих ступени деления первого и второго сигналов ортогональной поляризации, в апертуре антенной решетки. Как следствие, это позволяет получить в два раза большее количество волноводных каналов в апертуре антенной решетки той же площади, то есть большую плотность размещения выходов волноводных каналов, образующих ступени деления двух независимых первого и второго сигналов ортогональной поляризации, в плоскости слоя 3 с Мвыходными портами в сборке 30 двухполяризационной ДОС.
Как видно на фиг. 3а, выходы волноводных каналов в плоскости дополнительного слоя 1д расположены Г-образно, выходы волноводных каналов в плоскости слоя 2г с последней ступенью деления второго сигнала расположены Т-образно (см. фиг. 3б), а выходы волноводных каналов в плоскости дополнительного слоя 2д расположены таким образом, что образуют квадратную сетку (см. фиг. 3в).
Как видно на фиг. 7б, согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения каждый отдельный излучающий элемент в излучающем узле 300 соединен с соответствующими сетями 30а и 30б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций, образованными волноводными каналами в сборке 30 двухполяризационной ДОС попеременно чередующихся слоев, причем совокупности слоев с волноводными каналами, соответственно образующими соответствующие сети 30а и 30б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций, в сборке 30 двухполяризационной ДОС содержат дополнительные слои 1д и 2д со смещением выходов сформированных в нем волноводных каналов.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения входы соответствующих сетей 30а и 30б деления мощности первого и второго сигнала ортогональных поляризаций в сборке 30 двухполяризационной ДОС соединены с соответствующими выходами узла фазовращателей (на фиг. 7б, не показан), соединенным с передатчиком (на фиг. 7б, не показан).
В частном случае осуществления заявленного изобретения входы соответствующих сетей 30а и 30б деления мощности первого и второго сигналов ортогональных поляризаций в сборке 30 двухполяризационной ДОС соответственно соединены с соответствующим выходами узлов делителей мощности первого и второго сигналов (на фиг 7а, не показан), соединенных с передатчиком (на фиг. 7а, не показан).
Аналогично третьему варианту реализации заявленного изобретения, упомянутые выше конструктивные элементы связаны друг с другом в каждом отдельном узле в сборке двухполяризационной ДОС по четвертому варианту реализации заявленного изобретения.
Как видно на фиг. 5, в частных случаях осуществления заявленного изобретения по второму и четвертому вариантам его реализации узлы 200 в сборке 20 двухполяризационной ДОС расположены в одной плоскости в ряд согласно заданной ДН АР.
Как видно на фиг. 6, в частных случаях осуществления заявленного изобретения по второму и четвертому вариантам его реализации узлы 200 в сборке 20 двухполяризационной ДОС расположены в одной плоскости в шахматном порядке согласно заданной ДН_АР.
Согласно второму варианту реализации заявленного изобретения каждый из узлов 200 в упомянутой сборке 20 двухполяризационной ДОС содержит попеременно чередующиеся между собой слои со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно. Каждый из узлов 200 в упомянутой сборке 20 двухполяризационной ДОС выполнен аналогично выполнению сборки 10 двухполяризационной ДОС согласно первому варианту реализации заявленного изобретения, как показано на фигурах 1, 4 и 7а. Причем согласно второму варианту реализации заявленного изобретения в каждом из узлов 200 в упомянутой сборки 20 двухполяризационной ДОС расстояние r смещения выходов соответствующих волноводных каналов 11д в дополнительном слое 1д равно:
где  - длина стороны каждого узла 200 в упомянутой сборки 20 двухполяризационной ДОС.
Согласно четвертому варианту реализации заявленного изобретения каждый из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС содержит попеременно чередующиеся между собой слои со ступенями деления первого и второго сигналов соответственно. Каждый из узлов в упомянутой сборке двухполяризационной ДОС выполнен аналогично выполнению сборки 30 двухполяризационной ДОС согласно третьему варианту реализации заявленного изобретения, как показано на фигурах 2 и 7б. Причем согласно четвертому варианту реализации заявленного изобретения в каждом из узлов в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС соответствующее расстояние r смещения выходов соответствующих волноводных каналов 11д и 12д в каждом дополнительном слое 1д и 2д соответственно равно:
N
г=1/(2×(2-1)),
где  - длина стороны каждого узла в упомянутой сборки двухполяризационной ДОС.
По любому варианту реализации заявленного изобретения двухполяризационная ДОС может быть изготовлена из металлов с высокой проводимостью (например, медь, алюминий, серебро и сплавы на основе данных металлов) методом фрезерования слоев и последующей сборкой в конструкцию. Также по любому варианту реализации заявленного изобретения для изготовления ДОС могут использованы диэлектрические материалы с последующим покрытием проводящими материалами.
Заявленная антенная решетка по любому варианту ее реализации в режиме передачи работает следующим образом.
С соответствующих выходов передатчика высокочастотные сигналы подаются на соответствующие входы соответствующих сетей деления мощности первого и второго сигналов, соответственно содержащиеся в первом и втором узлах формирования ДН двухполяризационной ДОС.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации упомянутые высокочастотные сигналы поступают на соответствующие входы соответствующих сетей деления мощности первого и второго сигналов, соответственно содержащиеся в первом и втором узлах формирования ДН двухполяризационной ДОС через узел фазовращателей, сконфигурированный для регулировки фазы первого и второго сигналов, соединенный с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами антенной решетки.
В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации упомянутые высокочастотные сигналы подаются с соответствующих выходов передатчика на соответствующие входы соответствующих сетей деления мощности первого и второго сигналов, соответственно содержащиеся в первом и втором узлах формирования ДН двухполяризационной ДОС через узлы деления мощности первого и второго сигналов, соединенными с соответствующими входными портами двухполяризационной ДОС, являющихся входными портами антенной решетки.
Использование в частных случаях осуществления заявленного изобретения упомянутого узла фазовращателей и упомянутых узлов деления мощности первого и второго сигналов позволяет регулировать или переключать поляризацию сигналов АР.
При прохождении первого и второго сигналов через соответствующие сети деления мощности параллельного типа первого и второго сигналов, мощности первого и второго сигналов соответственно делятся между соответствующими плечами соответствующих делителей мощности на каждой ступени деления первого и второго сигналов, образованными соответствующими волноводными каналами, соответственно сформированными в соответствующих слоях первого и второго узлов формирования ДН двухполяризационной ДОС. Причем в каждом последующем слое в каждом узле формирования ДН происходит удвоение количества волноводных каналов, образующих ступени деления соответствующего сигнала. Сформированные первый и второй сигналы ортогональных поляризаций с соответствующих выходов первого и второго узлов формирования ДН поступают на соответствующие излучающие элементы в излучающем узле. В апертуре заявленной антенной решетки, образованной множеством излучающих элементов в излучающем узле, формируется заданное амплитудно-фазовое распределение напряженности поля, обуславливающее заданную поляризацию.
Так как заявленная АР не содержит невзаимных устройств, то в режиме приема ДН АР и поляризация сигнала, сформированные заявленной АР, аналогичны ДН и поляризации сигнала, сформированных заявленной АР в режиме передачи.
В известной из уровня техники АР с увеличением расстояния между излучателями возникают дифракционные лепестки ДН, что является фактором, который ограничивает ее широкополосность.
Амплитудная ДН АР с равномерным амплитудным и синфазным возбуждением, с учетом нормировки, может быть вычислена по формуле:
1
где k - волновое число;_d - расстояние между излучателями, являющееся шагом АР;_М - количество излучателей._АР;_ƒ(θ, ϕ) - ДН единичного излучателя.
1
В качестве примера ДН направленного излучателя используем выражение для ДН источника Гюйгенса ƒ(θ, ϕ)-(1+cos(θ))/2.
Из расчета множителя АР получается, что дифракционный максимум для известной из уровня техники АР с равномерным амплитудным и фазовым распределениями не превышает уровня первого бокового лепестка для шага в решетке изотропных излучателей примерно не более 0,85λ,.
max
Расчеты с использованием вышеприведенных выражений показывают, что максимальный шаг АР d, при котором уровень дифракционного максимума в заявленной АР по любому варианту ее реализации не превышает уровень первого бокового лепестка, составляет примерно 0,94λ. (см. фиг. 8).
В заявленной АР по любому варианту ее реализации за счет повышения плотности размещения излучателей в апертуре АР посредством смещения выходов волноводных каналов двухполяризационной ДОС шаг АР d на нижней граничной частоте волноводного канала составляет около 0,65λ. С увеличением частоты, эквивалентный электрический шаг АР увеличивается, и достигает 0,94λ. для частоты в примерно 1,45 раза больше критической частоты волновода. Таким образом, с учетом ДН излучателя, рабочий диапазон частот заявленной АР по любому варианту ее реализации, при котором уровень дифракционного бокового лепестка не превысит уровень первого бокового лепестка ДН, составляет примерно 38% относительно центральной расчетной частоты. В частных случаях осуществления заявленного изобретения по любому варианту его реализации излучатели в излучающем узле АР, выполненные, например, волноводными, щелевыми или в форме рупора, будут иметь более узкую ДН, поэтому полоса рабочих частот заявленной АР по любому варианту ее реализации будет более 40% по сравнению АР, выполненной без смещения выходов волноводных каналов в двухполяризационной ДОС.