АКТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЁТКА
ACTIVE ANTENNA ARRAY

Изобретение относится к области радиотехники, а более конкретно к антеннам и излучателям электромагнитного поля в составе активных антенных решеток.
Известны различные модификации печатных антенн [УДК 621.396.67, "Антенны и устройства СВЧ " под редакцией Д.И. Воскресенского, Москва, "Радио и связь", 1994, стр. 51, 52]. В простейшем варианте антенна представляет собой диск, расположенный над проводящим экраном на диэлектрической подложке малой толщины. Диск возбуждается с помощью двух штырей, к которым энергию можно подводить с помощью либо коаксиального фидера, либо полосковой линии, расположенной на противоположной стороне экрана. Штыри возбуждаются противофазно, что обеспечивает максимальное излучение в направлении нормали к плоскости экрана. Использование двух пар штырей, расположенных в перпендикулярных плоскостях и возбуждаемых с фазовым сдвигом 90 градусов, позволяет получить круговую поляризацию поля излучения. Исследования показывают, что печатные излучатели хорошо согласуются в 12%-ной полосе частот. Однако, в ряде случаев требуются двухполяризационные излучатели, работающие в октавной или, даже в мультиоктавной полосе частот.
Известна «Широкополосная двухполяризационная антенна» [Патент РФ №2557478, МПК Н01Q 1/36, опубликовано: 20.07.2015 Бюл. №20], содержащая фидеры, проводящий экран и расположенный над ним излучающий элемент. В известном устройстве площадь проводящего экрана, расположенного под излучающим элементом, уменьшается с повышением диапазона рабочих частот. Это связано как с уменьшением линейных размеров излучающего элемента с повышением диапазона рабочих частот, так и с необходимостью выполнения условия по ограничению максимального шага фазированной антенной решетки, связанного с опасностью появления дифракционных максимумов в диаграмме направленности антенны.
Этот шаг должен быть не более половины длины волны самого коротковолнового излучения [УДК 621.396.67, "Антенны и устройства СВЧ " под редакцией Д.И. Воскресенского, Москва, "Радио и связь", 1994, стр. 186]. При конструировании антенной решетки с большим количеством элементов на поверхности диэлектрической подложки, противоположной проводящему экрану, располагают фидеры и элементы приемного/передающего устройств. Проводящий экран при этом выполняет дополнительную функцию отвода тепла, выделяемого элементами приемного/передающего устройства.
При конструировании коротковолновой антенной решетки площадь поверхности диэлектрической подложки и проводящего экрана могут оказаться недостаточными для размещения фидеров, элементов приемного/передающего устройства, отвода и рассеяния выделяемого ими тепла. Кроме того, наличие в конструкции антенны сплошного проводящего экрана затрудняет устройство принудительного воздушного охлаждения элементов приемного/передающего устройства.
Сущность изобретения состоит в том, что в активной антенной решетке, содержащей приемное/передающее устройство, фидеры, проводящий экран и расположенные над ним излучающие элементы, проводящий экран выполнен в виде трехмерной решетки из отрезков запредельных волноводов. При этом фидеры и элементы приемного/передающего устройства могут располагаются на стенках запредельных волноводов.
Технический результат состоит в том, что в предлагаемой конструкции активной антенной решетки проводящий экран, выполненный в виде трехмерной конструкции из отрезков запредельных волноводов, имеет практически неограниченную площадь поверхности за счет третьего измерения. Появляется возможность ее увеличения до значений, достаточных для размещения на ней элементов приемного/передающего устройства и их охлаждения. Внутренний объем каждого из запредельных волноводов может использоваться как канал для дополнительной подачи охлаждающего воздуха. При этом в предлагаемой конструкции антенной решетки сохраняется однонаправленность излучения и приема сигналов.
Кроме того, наличие проводящих стенок и запредельный характер волновода, в котором размещаются элементы приемного/передающего устройства, способствуют экранированию и обеспечению устойчивости приемного/передающего устройств.
На фигуре 1 приведена конструкция активной антенной решетки.
Конструкция предлагаемой активной антенной решетки содержит элементы приемного/передающего устройства 1, фидеры 2, проводящий экран 3 и расположенные над ним излучающие элементы 4. Проводящий экран 3 в предлагаемой конструкции выполнен в виде трехмерной решетки из отрезков запредельных волноводов 5. Стенки запредельных волноводов 5 выполнены из диэлектрической подложки 6, имеющей по крайней мере с одной стороны сплошное проводящее покрытие 7, например, из меди. Стороны диэлектрической подложки 6, имеющие сплошное проводящее покрытие 7 образуют запредельные волноводы 5.
Другая сторона диэлектрической подложки 6 может не иметь сплошного проводящего покрытия и используется для размещения на ней элементов приемного/передающего устройства 1 и слоя проводников, соединяющих эти элементы, например, микрополосковыми или копланарными линиями передачи.
Для проверки работоспособности предлагаемой конструкции активной антенной решетки был изготовлен и испытан макет, содержащий пять двухполяризационных излучателей. Испытания макета подтвердили однонаправленный характер приема и излучения активной антенной решетки и возможность размещения и эффективного принудительного воздушного охлаждения элементов приемного/передающего устройства.