Полосковая щелевая линейная антенная решетка
STRIPLINE SLOT LINEAR ANTENNA ARRAY

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиосвязи и радиолокации, как в качестве самостоятельной антенны, так и в качестве элемента плоской или конформной антенной решетки.
Из уровня техники известны линейные антенные решетки [1], изготовленные по методу печатной технологии, обеспечивающего высокую повторяемость электрических характеристик при относительно низкой стоимости изготовления. В силу конструктивных особенностей, в качестве излучающих элементов в таких антеннах используются, как правило, излучатели вибраторного типа, и плоскость поляризации такой антенны параллельна плоскости ДОС.
Известны также линейные решетки щелевых излучателей, представляющие собой набор щелей, прорезанных в экране, возбуждаемых симметричной или несимметричной полосковой линией посредством пересечения щели полоском линии [2, 3].
Известны также линейные антенные решетки коллинеарных щелевых излучателей [4, 5], прорезанных в стенке волновода, питание которых осуществляется волноводной волной, возбуждаемой в волноводе при помощи системы штырей, замкнутых [4] или не замкнутых [5] на одну из стенок волновода, подключенных к выходным линиям полоскового либо микрополоскового делителя мощности.
Наиболее близкой заявляемой по технической сущности, т.е. прототипом является линейная антенная решетка [4]. Аналогично предлагаемому техническому решению эта антенна, принятая за прототип, содержит распределитель мощности на симметричной полосковой линии, коллинеарные щелевые излучатели и проводящие боковые стенки, замыкающе экраны симметричной полосковой линии между собой для локализации волноводных волн, возбуждающих щели. Однако антенна прототип содержит парные излучающие щели, расположенные на противоположных сторонах боковых поверхностей волновода, предназначена для формирования изотропной ДН в плоскости поперечного сечения волновода и не может служить элементом плоской или конформной решетки.
Техническая проблема заявленного изобретения заключается в возможности создания линейной антенной решетки, представляющей собой интегрированную конструкцию, состоящую из системы деления мощности -диаграммообразующей схемы (ДОС), выполненной на базе полосковой линии, и системы излучателей, при этом плоскость поляризации такой антенны перпендикулярна плоскости ДОС.
Технический результат заключается в решении данной технической проблемы.
Указанный технический результат обеспечивается в полосковой линейной антенной решетке, содержащей коллинеарные щелевые излучатели и делитель мощности на симметричной полосковой линии, выходные полосковые проводники которого замкнуты проводящими перемычками на один из экранов полосковой линии, и две проводящие стенки, замыкающие экраны полосковой линии между собой, образуя узкие стенки прямоугольного волновода, широкие стенки которого образованы экранами полосковой линии, отличающаяся тем, что щелевые излучатели прорезаны в первой проводящей стенке, расположенной вблизи прямолинейного края экранов полосковой линии, параллельного проводящим стенкам и осевой линии щелевых излучателей, а выходные полосковые проводники проходят через разрывы во второй проводящей стенке, содержат Т-образные полосковые разветвления в каждом излучателе и замыкаются на один из экранов полосковой линии внутри прямоугольного волновода вблизи краев щелевого излучателя.
Дополнительной особенностью является то, что проводящая стенка, содержащая щелевые излучатели, с внешней стороны волновода покрыта диэлектриком.
Дополнительной особенностью является то, что решетка может быть выполнена по технологии многослойных печатных плат в виде металлизированных слоев на поверхности двух сложенных между собой диэлектрических листов, а проводящие стенки, образующие узкие стенки прямоугольного волновода, и замыкание полосковых проводников на экран выполнены в виде металлизированных отверстий в упомянутых диэлектрических листах, при этом щелевые излучатели образованы зазорами между упомянутыми металлизированными отверстиями.
Дополнительной особенностью является то, что расстояние между узкими стенками прямоугольного волновода составляет менее половины длины волны с учетом диэлектрической постоянной среды между экранами.
Изобретение иллюстрируется рисунком фиг. 1., на котором изображен фрагмент линейной антенной решетки, состоящий из трех излучателей, где: 1 - Т-образные полосковые элементы, 2 - закоротки Т-образных полосковых элементов, 3, 4 - проводящие стенки, 5 - щели, 6 - стенки волноводного резонатора, являющиеся одновременно экранами полосковой линии, 7 - полосковый делитель мощности.
Заявленный технический результат достигается применением резонаторно-щелевых излучателей, содержащих Т-образные полосковые элементы 1 с закоротками 2 на концах, обеспечивающих замыкание проводников на один из экранов полосковых линий 6. Объем резонаторов излучателей ограничен проводящими стенками 3, 4, осуществляющими замыкание стенок волноводного резонатора 6, совпадающих с экранами полосковых линий. Излучение электромагнитной волны, из резонатора осуществляется через щели 5, которые могут быть закрыты многослойным диэлектрическим покрытием, предназначенным для защиты внутреннего объема резонатора от внешних климатических воздействий.
Также, как и антенна-прототип, предлагаемая антенна содержит Т-образные полосковые элементы с закоротками, однако в отличии от прототипа, где один Т-образный элемент используется для возбуждения двух смежных излучателей, предлагаемая антенна содержит Т-образный элемент в каждом излучателе. Такое конструктивное решение в антенне-прототипе приводит к синфазному и равноамплитудному возбуждению пары смежных излучателей, что при формировании диаграмм направленности (ДН) специальной формы, требующих применения неравноамплитудного и несинфазного распределения возбуждающего поля по раскрыву антенны, приводит к появлению в ДН паразитных коммутационных лепестков. Предлагаемая антенна свободна от указанного недостатка.
Полосковая щелевая антенная решетка работает следующим образом. Сигнал в виде ТЕМ-волны с полосового делителя мощности 7 последовательного, параллельного или иного типа, поступает на его оконечные элементы - Т-образные полосковые элементы 1. Т-образные полосковые элементы оканчиваются закоротками 2, токи на которых возбуждают волноводный тип волны, вектор электрического поля которой направлен перпендикулярно стенкам волноводного резонатора 6, являющимися одновременно экранами полосковой линии. Наличие двух точек возбуждения дает дополнительную степень свободы в настройке входного импеданса излучателя, приведенного к сечению разветвления Т-образного возбудителя. Область существования возбужденной волноводной волны ограничивается рядами проводящих стенок 3, 4, образующих волновод. Расстояние между рядами стенок 3, 4 должно быть менее половины длины волны с учетом диэлектрической постоянной среды заполнения, чтобы образуемый волновод был запредельным для волноводной волны низшего типа, для исключения взаимодействия щелевых излучателей через внутренний объем волновода. Излучение возбужденной волны в свободное пространство осуществляется через щели 5, которые из конструктивных соображений могут быть закрыты многослойным диэлектрическим покрытием.
Полосковая щелевая антенная решетка может иметь различные конструктивные варианты исполнения.
Как вариант, изготовление такой антенны возможно по технологии многослойных печатных плат на твердом диэлектрике. При этом объемные детали, обеспечивающие межслойное замыкание проводников, такие как закороти 2 и стенки 3, 4 выполняются в виде групп близко расположенных металлизированных отверстий между соответствующими проводящими слоями.
Количество излучателей антенной решетки, схема полоскового делителя мощности (которая может быть последовательного, параллельного или иного типа), наличие диэлектрического покрытия щелей и диэлектрического заполнения внутреннего объема резонатора, не существенны для достижения заявленного эффекта от изобретения.
Источники информации
1. Демидов В.В., Егоров А.Д., Инденбом М.В. Печатно-полосковые вибраторные ФАР L- и S-диапазонов // Антенны. 2001. №9(55).
2. Антенны и устройства СВЧ. / Под ред. проф. Д.И. Воскресенского, М.: Радио и связь, 1981, стр. 195.
3. Handbook of Microstrip Antennas, edited by J.R. James & P.S. Hall, published by: P. Peregrims Ltd., L., UK, 1989, part 2, p. 1111.
4. Патент РФ №2183889, кл. H01Q 13/22, 2002 - полосковая щелевая антенная решетка.
5. Патент РФ №2279741, кл. H01Q 13/22, 2006 - линейная антенна сверхвысокой частоты.