ШИРОКОПОЛОСНАЯ КРУГОВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА
WIDEBAND CIRCULAR ANTENNA ARRAY

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве широкополосной всенаправленной антенны в горизонтальной плоскости.
Известны рамочная антенна (рамки Альфорда) и антенна типа «лист клевера» [С.Щелкунов, Г.Фриис, Антенны (теория и практика), М.: Советское радио, 1955 г., стр.56, стр.500; Х.Мейнке, Ф. Гундлах, Радиотехнический справочник, М.: Госэнергоиздат, 1960 г., стр.324], биконические рупоры и дискоконусные антенны [Р.Кюн, Микроволновые антенны (антенны сверхвысоких частот), изд. Л.: Судостроение, 1967 г., стр.250].
Известные антенные системы являются эффективными устройствами, позволяющими получить приемлемые технические параметры в ограниченной полосе частот. При попытке создания антенной системы с полосой пропускания в несколько октав до декады возникают значительные технические трудности с обеспечением электрических параметров, обеспечивающих высокую скорость передачи потоков информации.
Известно техническое решение, описанное в патенте РФ №2093936, приоритет от 5.09.95, где предложена широкодиапазонная круговая антенная решетка, содержащая, по крайней мере, одну плоскую диэлектрическую основу с металлизированными слоями, в которых выполнена система возбуждения и связанный с ней излучающий раскрыв, выполненный из рупорных излучателей, размещенных в нескольких уровнях, и образующий замкнутую кривую второго порядка.
Недостатками известного устройства являются:
- сложность согласования волновых сопротивлений щелевой и микрополосковой (полосковой) линий передачи;
- ограниченная (небольшая) мощность, передаваемая щелевой линией.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является разработка широкополосной всенаправленной антенной решетки с большой передаваемой мощностью и горизонтальной поляризацией, широкополосной всенаправленной антенной решетки с большой передаваемой мощностью и с вертикальной поляризацией и широкополосной всенаправленной антенной системы одновременно с вертикальной и горизонтальной поляризацией и большой передаваемой мощностью.
Это достигается тем, что широкополосная круговая антенная решетка, содержащая, по крайней мере, одну плоскую диэлектрическую основу с металлизированными слоями, в которых выполнена система возбуждения и связанный с ней излучающий раскрыв, отличается тем, что излучающий раскрыв образован из n дипольных излучателей (криволинейных вибраторов (элементов)), где n≥2, образующих замкнутую кривую второго порядка, токонесущие и экранные полувибраторы которых расположены в параллельных плоскостях, отстоящих друг от друга на расстояние d, определяемое электрическими параметрами антенной решетки, и могут частично или полностью перекрываться, причем металлизированные слои широкополосной круговой антенной решетки выполнены снаружи и охватывают диэлектрическую основу с системой возбуждения.
Представленные чертежи поясняют суть предлагаемого устройства.
На фиг.1 изображена круговая антенная решетка с горизонтальной поляризацией, имеющая в своем составе два элемента (а), три элемента (б), четыре элемента (в).
На фиг.2 изображена круговая антенная решетка с вертикальной поляризацией, имеющая в своем составе два элемента (а), три элемента (б), четыре элемента (в).
На фиг.3 изображены полувибраторы с токонесущими микрополосковыми линиями, которые находятся в одной плоскости; два элемента (а), три элемента (б), четыре элемента (в).
На фиг.4 изображены экранные (земляные) полувибраторы и экраны микрополосковой линии, которые находятся в другой плоскости, отстоящей от первой на расстояние d.
На фиг.1, 2, 3, 4 обозначены
1 - токонесущий полувибратор;
2 - токонесущая полоска микрополосковой линии;
3 - экранный полувибратор;
4 - экран полосковой (микрополосковой) линии.
Точки O1,…,O4, O1',…,O4', O1",…,O4" - точки пространственного совмещения полувибраторов, при котором образуется исходный элемент антенной решетки, A - точка, в которой выполнено соединение полосковых линий (суммирование сигнала) и где подключается токонесущая жила кабеля возбуждения, B - точка, в которой экран кабеля возбуждения соединяется с экраном полосковой (микрополосковой) линии.
В металлизированных слоях выполнены система возбуждения и связанный с ней излучающий раскрыв (апертура), который реализован посредством криволинейных вибраторов (элементов) n≥2. Криволинейный вибратор реализован в двух параллельных плоскостях, отстоящих друг от друга на расстояние d.
Токонесущие полувибраторы 1 могут иметь неодинаковые размеры (различную протяженность), но их начала (соединение с микрополосковой линией, точки O1,…,O4) равномерно размещаются в плоскости.
Экранные полувибраторы 3 имеют одинаковые размеры и равномерно размещаются в плоскости, в зависимости от количества (n≥2).
Системы возбуждения реализованы посредством полосковых (микрополосковых) линий, состоящих из токонесущей полоски 2 и экрана микрополосковой линии 4, которые объединяются сумматором (точка A). Такая конструкция позволяет просто реализовать антенную решетку с вертикальной, горизонтальной или одновременно с вертикальной и горизонтальной поляризацией и большой мощностью.
В составе круговой антенной решетки токонесущий полувибратор одного элемента может перекрываться с экранным полувибратором другого элемента, причем величина этого перекрытия в различных элементах может быть разной, что позволяет осуществлять регулирование взаимных связей в составе антенной решетки с целью решения требуемой задачи (согласование, равномерность диаграммы направленности, требуемая полоса частот).
При пространственном совмещении точек O1,…,O4 с точками O1',…,O4' полувибраторы располагаются так, как изображено на фиг.1, при этом вектор электрического поля E ориентирован параллельно плоскости вибратора, а антенная решетка на базе таких элементов имеет горизонтальную поляризацию.
За счет перекрытия полувибраторов соседних элементов можно в широких пределах регулировать полосу пропускания антенной решетки.
При пространственном совмещении точек O1,…,O4 с точками O1",…,O4" полувибраторы располагаются друг относительно друга, как изображено на фиг.2, и образуют так называемую «конденсаторную» антенну, в которой вектор электрического поля E ориентирован перпендикулярно плоскости вибратора, а антенная решетка на базе таких элементов имеет вертикальную поляризацию.
Поскольку мощность пробоя в полосковых (микрополосковых) линиях в основном определяется шириной линии и расстоянием между токонесущей полоской и подложкой (экраном), то выбор этого расстояния d позволяет решить проблему передачи большой мощности в антенной решетке.
Если антенных решеток будет больше одной, то они образуют объемную систему из m связанных между собой антенных решеток (m=2, 3…).
Предлагаемая конструкция круговой антенной решетки довольно просто позволяет решить задачи, поставленные при разработке данного технического решения: проблемы равномерности амплитудной диаграммы направленности в плоскости Земли, передачи большой мощности и вопросы поляризации.
Широкополосная круговая антенная решетка, выполняемая с применением современной технологии печатных плат, отличается компактностью, малой массой и высокой технологичностью. Все это показывает, что круговая антенная решетка найдет широкое применение в электротехнике.