ПЛОСКАЯ ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

ПЛОСКАЯ ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА


RU (11) 2024129 (13) C1

(51) 5 H01Q13/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4887266/09 
(22) Дата подачи заявки: 1990.11.29 
(45) Опубликовано: 1994.11.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Плоские волноводно-щелевые антенные решетки. Обзоры. М.: Радиоэлектроника за рубежом, 1989, вып. 2 (34), с.24-35 - прототип. 
(71) Заявитель(и): Завод "Красное знамя" 
(72) Автор(ы): Капицын А.П.; Баев В.С.; Худыш А.И. 
(73) Патентообладатель(и): Завод "Красное знамя" 

(54) ПЛОСКАЯ ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА 

Использование: спутниковое телевидение. Сущность изобретения: плоская щелевая антенная решетка содержит размещенные на печатной плате параллельно полосковые волноводы. Металлический экран печатной платы образует общую широкую стенку полосковых волноводов, их вторые широкие стенки образованы полосками с гребенчатыми шлейфами по краям. В полосках выполнены излучающие щели, а в металлическом экране - щели связи, которые соединены с блоком формирования сигналов, состоящим из запитывающих волноводов и волноводных распределителей мощности, размещенных на обратной стороне металлического экрана. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к радиотехнике, технике СВЧ, в частности к антенно-фидерным устройствам.

Известны щелевые антенные решетки в печатном исполнении. В печатном исполнении выполняются не только излучающие элементы, но и линии запитки и схема формирования сигналов. Эти антенны технологичны, имеют малую массу и толщину, а также простую конструкцию.

Недостаток печатных щелевых антенн, ограничивающий их применение в антенных решетках, - относительно большие потери. Если линейный размер апертуры составляет D = 10. ..15 , а запитка осуществляется полосковой линией, не удается в настоящее время разработать антенную решетку с КПД > 0,5-0,6.

Известны волноводно-щелевые антенные решетки на полых металлических волноводах, на которых выполнены как излучающие элементы, так и элементы схемы запитки.

Однако такие конструкции громоздки, тяжелы, не отвечают современным требованиям миниатюризации, не позволяют применить групповые методы изготовления.

Известны также волноводно-щелевые антенные решетки, выполненные на базе полоскового волновода, широкая стенка которого представляет собой периодическую последовательность узких (шириной W1) и широких (шириной W2) отрезков полосковых линий. В полосковых волноводах при симметричной запитке формируется волновой процесс, близкий к волне типа Н10. Потери в полосковых волноводах в 2...3 раза меньше, чем в несимметричных полосковых линиях.

На базе полоскового волновода могут быть выполнены резонансные и нерезонансные волноводно-щелевые линейные излучатели. Однако они имеют ограниченный коэффициент усиления, так как с увеличением длины излучателя начинают сказываться потери в полосковом волноводе ( пот. = =0,03 дБ/см) и появляются значительные фазовые ошибки, падает коэффициент полезного действия.

Наиболее близким по технической сущности является волноводно-щелевая антенная решетка, содержащая антенное полотно, выполненное на основе волноводно-щелевых излучателей. Волноводно-щелевые излучатели образуются в данной конструкции в виде антенного полотна. Антенное полотно с волноводно-щелевыми излучателями образуется в результате сборки платы, изготовленной из листа металла с остальной конструкцией, в которой образованы две узкие и одна широкая стенка волноводов излучателей. В плате выполнены излучающие щели. Достоинством прототипа являются малые потери.

Однако изготовление таких волноводно-щелевых излучателей не технологично, трудоемко, не обеспечивает гарантированной воспроизводимости характеристик антенн, не позволяет контролировать внутренний шов между излучателями. Пайка чаще всего воспроизводится в соляных ваннах, наличие даже незначительного непропаянного участка между металлической платой с щелями и стенками волноводов делает такую антенну неработоспособной. Конструкция ненадежна.

Цель изобретения - упрощение конструкции, уменьшение габаритов и массы, повышение надежности и воспроизводимости параметров при обеспечении малых потерь в широкой полосе частот.

Это достигается тем, что излучающие элементы выполнены в печатном исполнении на базе полоскового волновода, а блок формирования сигнала состоит из запитывающих волноводов и волноводных распределителей мощности, выполненных в виде П-образных пазов и размещенных на обратной металлизированной стороне платы. При этом малые потери в антенной решетке обеспечиваются небольшими потерями в полосковых волноводах ( пв= 0,02 - 0,03 дБ/см), что в 2. . .3 раза меньше, чем в несимметричных полосковых линиях, и еще меньшими потерями в полых волноводах блока формирования сигнала ( в = 0,001-0,005 дБ/см).

Отсутствие отдельных элементов в плоской щелевой антенной решетке, в которой все волноводы и волноводные распределители мощности образуют единый тракт, исключает паразитное межфланцевое соединение, уменьшает потери и нестабильность параметров антенны.

Высокая точность, которую обеспечивает печатная технология изготовления платы и прогрессивная технология изготовления блока формирования сигнала (например, литьем под давлением или штамповкой), механизация и автоматизация сборки антенны, состоящей всего из двух деталей, упрощает конструкцию, повышает надежность и позволяет получать хорошую повторяемость параметров.

На чертеже изображена плоская щелевая антенная решетка.

Она содержит ряд волноводно-щелевых излучателей на полосковых волноводах 1, выполненных на диэлектрической плате 2, широкие стенки которых расположены в двух параллельных плоскостях, продольные оси параллельны. Одна широкая стенка полоскового волновода 1 образована металлическим экраном 3 печатной платы 2, а противоположная - полоском с двусторонней гребенкой шлейфов на краях размерами W1 и W2, (W1 - ширина полоска, W2 - ширина полоска с гребенчатыми шлейфами). Размером узкой стенки полоскового волновода 1 является толщина h диэлектрической платы 2. Расстояние между продольными осями выбрано из соотношения

W2 + 0,05 ов < d < ов, где ов - длина волны в свободном пространстве на верхней частоте рабочего диапазона.

В одной широкой стенке каждого волновода 1 выполнены излучающие щели 4, а в противоположной, образованной металлическим экраном 3 платы 2, - щели связи 5, которые перпендикулярны продольным осям полосковых волноводов 1 и имеют длину l

l = (0,8 - 1,0)W1.

Щели связи 5 соединены с блоком формирования сигнала, состоящим из запитывающих волноводов 6, 7, оси которых параллельны щелям связи 5, и плечей Н-тройника 8 с выходным каналом 9 волноводного распределителя мощности, выполненных в виде П-образных пазов, размещенных на обратной стороне металлического экрана 3, который образует широкую стенку блока формирования сигнала.

Плоская щелевая антенная решетка работает следующим образом.

Сигналы с каждого щелевого излучателя, выполненного на полосковом волноводе 1, представляющего резонансную либо нерезонансную волноводно-щелевую антенну, поступают через щели связи 5 в запитывающие волноводы 6,7, являющиеся волноводами симметричных плеч Н-тройника 8. В Н-тройнике 8 происходит синфазное сложение сигналов и в плечо 9 Н-тройника 8 поступает суммарный сигнал. Количество Н-тройников 8 определяется размерами антенного полотна (коэффициентом усиления антенны) и необходимой полосой пропускания.

В волноводно-щелевых излучателях на полосковых волноводах 1 при симметричной запитке формируется волновой процесс, близкий к волне типа Н10.

Волноводно-щелевой излучатель на полосковом волноводе 1 имеет топологию щелей и электрические характеристики, близкие к топологии и характеристикам волноводно-щелевого излучателя на полом металлическом волноводе с размерами широкой стенки а W1, узкой стенки b = h и заполненного диэлектриком, из которого выполнена плата 2. Расстояние между продольными осями соседних полосковых волноводов 1 выбирается в пределах

W2 + 0,05 ов< d < ов.

Для исключения появления вторичных максимумов (дифракционных лепестков) расстояние d выбирается d< ов, а для уменьшения взаимосвязи между смежными излучателями на полосковых волноводах 1 расстояние между продольными осями соседних излучателей 1 должно быть d>W2 +0,05 ов. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ПЛОСКАЯ ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА, содержащая ряд волноводов, широкие стенки которых расположены в одной плоскости, а продольные оси параллельны, при этом в одной широкой стенке каждого волновода выполнены излучающие щели, а в противоположной - щели связи, соединенные с блоком формирования сигнала, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения габаритов и веса, повышения надежности и воспроизводимости параметров, волноводы выполнены в виде полосковых волноводов, состоящих из диэлектрической платы, металлический экран которой является общей широкой стенкой полосковых волноводов, а другие их широкие стенки образованы полоском с гребенчатыми шлейфами на краях, при этом расстояние d между продольными осями полосковых волноводов выбрано из соотношения

w2+ 0,05 ов < d < ов ,

где ов - длина волны в свободном пространстве на верхней частоте рабочего диапазона;

w1 - размер широкой стенки полоскового волновода (полоска шириной w2 с гребенчатыми шлейфами),

а блок формирования сигнала состоит из запитывающих волноводов и волноводных распределителей мощности, размещенных на обратной стороне металлического экрана, который образует их широкую стенку, причем щели связи размещены в металлическом экране параллельно осям запитывающих волноводов, которые перпендикулярны к осям полосковых волноводов, и имеют длину l = (0,8 - 1,0)w1.