фазированная антенная решетка
Классы МПК: | H01Q21/00 Антенные решетки и системы |
Автор(ы): | Быков В.Г., Павлов Б.А., Самуйлов И.Н., Фитенко Н.Г., Чернолес В.П., Артамошин А.Д. |
Патентообладатель(и): | Товарищество с ограниченной ответственностью "ФАРКОМ", Военная академия связи |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-07-22 публикация патента:
10.08.1998 |
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве подземной или стелющейся приемо-передающей антенны КВ и УКВ-диапазонов. Цель изобретения - построение широкодиапазонной ФАР, обеспечивающей работу с произвольной поляризацией в диапазоне КВ и УКВ. ФАР выполнена в виде совокупности прямоугольных моделей (ПМ), соединенных проводниками и установленных по периметру прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР. Фидер первого поддиапазона с помощью проводников 4 подключен в центре ФАР к двум парам ПМ2 в соответствующих точках. Фидеры второго и третьего поддиапазонов подключены соответственно в центрах каждого ПМ и в центрах плоских антенных элементов, образующих каждый ПМ. Обеспечивается трехкратное использование аппаратуры ФАР, чем достигается широкодиапазонная работа антенны при относительно малой занимаемой площади, что является техническим результатом. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10
Формула изобретения
1. Фазированная антенная решетка, содержащая плоские антенные элементы, установленные компланарно и горизонтально в полупроводящей среде или на ее поверхности и подключенные к независимым ортогональным каналам фидерных трактов соответствующих поддиапазонов, отличающаяся тем, что плоские антенные элементы объединены в прямоугольные модули, установленные по периметру прямоугольника, ограничивающего апертуру фазированной антенной решетки, на его диагоналях и осях симметрии, проходящих через середины его сторон, причем внешние стороны прямоугольных модулей соединены друг с другом дополнительными проводниками и совмещены со сторонами прямоугольника, ограничивающего апертуру фазированной антенной решетки, стороны пар прямоугольных модулей, установленных на осях симметрии, обращенные к центру апертуры фазированной антенной решетки, подключены отрезками проводников к соответствующему независимому ортогональному каналу фидерного тракта первого поддиапазона, а каждый прямоугольный модуль подключен к независимым ортогональным каналам фидерных трактов второго и третьего поддиапазонов. 2. Антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что в каждом прямоугольном модуле плоские антенные элементы выполнены в виде двух ортогональных пар треугольных излучателей, внешние концы треугольных излучателей, принадлежащих друг к другу плоским антенным элементам, электрически соединены, а внешние концы треугольных излучателей, принадлежащих периферийным плоским антенным элементам, соединены по периметру прямоугольного модуля дополнительными короткозамыкающими проводниками, причем внешние концы треугольных излучателей, примыкающие с двух сторон к диагоналям прямоугольного модуля, электрически развязаны, а внешние концы остальных треугольных излучателей соединены короткозамыкающими проводниками, при этом независимые ортогональные каналы фидерного тракта второго поддиапазона подключены к вершинам соответствующих пар треугольных излучателей плоского антенного элемента, расположенного в центре прямоугольного модуля, а вершины треугольных излучателей остальных плоских антенных элементов подключены попарно к независимым ортогональным каналам фидерного тракта третьего поддиапазона. 3. Антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что отрезки проводников, которыми стороны прямоугольных модулей подключены к фидерному тракту первого поддиапазона, соединены со сторонами в углах прямоугольных модулей. 4. Антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что формы прямоугольника, ограничивающего апертуру фазированной антенной решетки, и прямоугольного модуля подобны, а коэффициент их подобия выбран в пределах 3,5 - 4.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике и, в частности может быть использовано в качестве приемопередающей подземной или стелющейся антенной системы для работы ионосферными волнами в коротковолновом (КВ) или ультракоротковолновом (УКВ) диапазонах. Известны подземные антенны (ПА) КБ и УКВ-диапазонов (Сосунов Б.В., Филиппов В-В. Основы расчета подземных антенн. - Л.: ВАС, 1990). Известные аналоги выполнены в виде группы параллельных синфазных изолированных вибраторов. Для повышения коэффициента усиления (КУ) используют несколько таких групп, размещаемых и фазируемых определенным образом. Недостатком известных аналогов является небольшой рабочий диапазон частот по согласованию из-за резких изменений входного импеданса в диапазоне частот. Кроме того, приемлемая величина КУ достигается только за счет наращивания количества вибраторов, что приводит к большим площадям антенны, и удорожает ее строительство. Наиболее близкой по своей технической сущности к заявленной является известная фазированная антенная решетка (ФАР) (Айзенберг Г.З. и др. Коротковолновые антенный - М: Радио и связь, 1985, с. 271-274, рис. 13.11). Антенна-прототип состоит из группы плоских антенных элементов (ПАЭ), выполненных из металлических проводников. Каждый ПАЭ представляет собой излучатель в виде симметричного вибратора из двух треугольных плеч, внешние концы которых соединены короткозамыкающими (к.з.) проводниками. Все ПАЭ объединены общим фидерным трактом и образуют синфазную или фазируемую (в случае включения в фидерный тракт фазирующих устройств) решетку. ПАЭ расположены компланарно в пределах прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР, и подвешены вертикально на мачтах. Такая ФАР, благодаря применению элементов, состоящих из излучателей с треугольными плечами, имеет больший диапазон частот по согласованию. Однако у антенны-прототипа есть недостатки - небольшой коэффициент перекрытия рабочего диапазона (отношение максимальной рабочей частоты к минимальной), который не превышает 2,14. Использование такой антенны с современными широкодиапазонными передатчиками потребует использования нескольких типоразмеров антенны. Кроме того, известная антенна обладает большими габаритами, не обеспечивает независимую работу с вертикальной, горизонтальной или кругополяризованной волнами. Цель изобретения - разработка широкодиапазонной ФАР, предназначенной для использования в качестве стелющейся или подземной антенны КБ и УКВ-диапазонов при одновременном уменьшении занимаемой ею площади и возможности работы с горизонтальной, вертикальной или вращающейся поляризациями волн. Поставленная цель достигается тем, что в известной ФАР, содержащей ПАЭ, установленные компланарно в пределах прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР, и подключенных к фидерному тракту первого поддиапазона, ПАЭ расположены горизонтально в пределах полупроводящей среды или на ее поверхности. ПАЭ объединены в прямоугольные модули (ПМ), которые подключены к ортогональным каналам фидерных трактов второго и третьего поддиапазонов. ПМ установлены по периметру прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР, на его диагоналях и осях симметрии, проходящих через середины его сторон. Внешние стороны ПМ (т.е. стороны, обращенные от центра ФАР) соединены друг с другом дополнительными проводниками и совмещены со сторонами прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР. Обращенные к центру ФАР стороны ПМ, установленных на осях симметрии, подключены отрезками проводников к соответствующему ортогональному каналу фидерного тракта первого поддиапазона. Причем пары ПМ, подключенные к ортогональным каналам фидерного тракта первого поддиапазона, запитаны независимо. Все ПМ идентичны и состоят из ПАЗ. Каждый ПАЭ выполнен в виде двух ортогональных пар треугольных излучателей (ТИ). Внешние концы ТИ, принадлежащих примыкающим друг к другу ПАЭ, электрически соединены. Внешние концы ТИ, принадлежащих периферийным ПАЭ, соединены по периметру ПМ дополнительными к. з. -проводниками. Внешние концы ТИ, примыкающие с двух сторон к диагоналям ПМ, электрически развязаны. Внешние концы остальных ТИ соединены к.з.-проводниками. Ортогональные каналы фидерного тракта второго поддиапазона подключены к вершинам соответствующих пар ТИ ПАЭ, расположенного в центре каждого ПМ. Вершины ТИ остальных ПАЭ подключены попарно к ортогональным каналам фидерного тракта третьего поддиапазона. ТИ, подключенные к ортогональным каналам фидерных трактов, запитаны независимо. Отрезки проводников, с помощью которых ПМ, установленные на осях симметрии ФАР, подключены к фидерному тракту первого поддиапазона и соединены со сторонами в углах ПМ. Формы ПМ и прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР, подобны, а коэффициент подобия выбран в пределах 3,5 - 4,0. Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает, благодаря формированию в пределах общей апертуры ФАР излучателей трех типоразмеров, существенное расширение диапазона рабочих частот без увеличения общей площади ФАР. Анализ известных решений по источникам технической и патентной литературы показал, что в них отсутствуют технические решения, содержащие совокупность существенных признаков заявленного устройства, что указывает на его соответствие условию патентоспособности "новизна". Также в известных источниках информации не обнаружены отличительные признаки заявленного устройства, обеспечивающие достижение технического результата, который достигнут заявленным устройством, что указывает на его соответствие условию патентоспособности "изобретательский уровень". На фиг. 1 показана ФАР, общий вид;на фиг. 2 - вариант схемы прямоугольного модуля (ПМ);
на фиг. 3 - 6 - рисунки, поясняющие структурные элементы общей схемы ФАР;
на фиг. 7 - вариант схемы фидерного тракта;
на фиг. 8 и 9 - рисунки, поясняющие принцип работы ФАР;
на фиг. 10 - результаты экспериментальных измерений качества согласования (КБВ). Фазированная антенная решетка, показанная на фиг. 1, состоит из плоских антенных элементов (ПАЭ) 1, объединенных в прямоугольные модули (ПМ) 2, со сторонами LM. ПМ 2 установлены в пределах прямоугольника со сторонами Lp, ограничивающего апертуру ФАР. Формы ПМ 2 и прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР, подобны. Коэффициент подобия, т.е. отношение Lp/Lm, выбран в пределах 3,5 - 4,0, ПМ 2 установлены таким образом, что их внешние (по отношению к центру апертуры ФАР) стороны совмещены со сторонами прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР. Причем по два ПМ установлены симметрично на осях симметрии, проходящих через середины сторон прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР (оси А-А" и Б-Б"), и по два - на диагоналях С-С" и К-К"). ПМ 2, установленные на диагоналях С-С" и К-К", совмещены с ними своими диагоналями (с-с" и к-к"). Внешние стороны ПМ 2 соединены друг с другом дополнительными проводниками 3. ПМ 2, установленные на осях А-А" и Б-Б" с помощью отрезков проводников 4 подключены к ортогональным каналам (точки а1-а1 и б1-б1) фидерного тракта первого поддиапазона. Проводники 4 подключены к обращенным к центру апертуры ФАР сторонам ПМ 2 в углах прямоугольника, ограничивающего соответствующий ПМ 2 (точки р-р). Сектор между проводниками 4 может быть дополнен еще проводниками или заменен сплошной металлической поверхностью. Все ПМ идентичны. Принципиально структура ПМ 2 может быть различной. Один из возможных вариантов построения схемы ПМ 2 показан на фиг.2. ПМ 2, ограниченный прямоугольником (на фиг. 2 квадрат) со сторонами Lm состоит из совокупности ПАЭ 1 (на фиг. 2 ПМ включает девять ПАЭ). Каждый ПАЗ 1 (также и фиг. 3) выполнен из двух ортогональных пар треугольных излучателей (ТИ) 5 длиной lt и углом
![фазированная антенная решетка, патент № 2117369](/images/patents/354/2117001/945.gif)
![фазированная антенная решетка, патент № 2117369](/images/patents/354/2117001/183.gif)
![фазированная антенная решетка, патент № 2117369](/images/patents/354/2117004/955.gif)
![фазированная антенная решетка, патент № 2117369](/images/patents/354/2117004/955.gif)
![фазированная антенная решетка, патент № 2117369](/images/patents/354/2117001/183.gif)
Класс H01Q21/00 Антенные решетки и системы