ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА


RU (11) 2080712 (13) C1

(51) 6 H01Q21/00 

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

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

(21) Заявка: 94000955/09 
(22) Дата подачи заявки: 1994.01.05 
(45) Опубликовано: 1997.05.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Айзенберг Г. 3. и др. Коротковолновые антенны. - М.: Радио и связь, 1985, с. 271 - 274, рис. 13.11. 
(71) Заявитель(и): Военная академия связи 
(72) Автор(ы): Виноградов Ю.А.; Макасеев А.В.; Платов В.И.; Русин С.В.; Самуйлов И.Н.; Фитенко Н.Г. 
(73) Патентообладатель(и): Военная академия связи 

(54) ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосной антенной системы с управляемой диаграммой направленности при обеспечении радиосвязи ионосферными волнами в КВ и УКВ диапазонах. Цель изобретения - разработка антенной системы, обеспечивающей при одном типоразмере работу широкодиапазонных передатчиков, требующих высокого качества согласования с антенной. Фазированная антенная решетка (ФАР) состоит из идентичных плоских элементов, каждый из которых образован парой ортогональных компланарных вибраторов длиной L с треугольными плечами 1 (величина L равна минимальной длине волны в рабочем диапазоне). Центральный элемент и связанные с ним посредством к.з. проводников 2 периферийные элементы составляют ортогональную пару вибраторов НЧ диапазона. Все периферийные элементы, в том числе и входящие в состав НЧ вибратора, образуют ФАР ВЧ диапазона. Возбуждение антенной системы раздельное для горизонтальных (г-г') и (в-в') вибраторов, но возможно и совместное в целях реализации кругополяризованного излучения. ФАР обеспечивает работу в 40-кратном диапазоне при уровне КБВ не менее 0,5. 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике и, в частности, может быть использовано в качестве приемо-передающей подземной или стелющейся антенной системы для работы ионосферными волнами в КВ и УКВ диапазонах.

Известные подземные и приземные антенны КВ и УКВ диапазонов (Сосунов Б. В. Филиппов В.В. Основы расчета подземных антенн. Л. ВАС, 1990). Многосекционные подземные антенны-аналоги выполнены в виде группы параллельных синфазных изолированных вибраторов. Для повышения коэффициента усиления используется несколько таких групп, размещаемых одна за другой и фазируемых соответствующим образом.

Недостатками известных аналогов является узкий диапазон рабочих частот по согласованию из-за резких изменений входного сопротивления, ограниченный сектор сканирования луча, а также большие габариты. Для обеспечения работы в требуемом диапазоне и заданных направлениях необходимо иметь несколько типоразмеров.

Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемой фазированной антенной решетке (ФАР) является известная ФАР СГДП 3,6/4 РА (Айзенберг Г.З. и др. Коротковолновые антенны. М. Радио и связь, 1985, с. 271-274, рис. 13.11. ). Антенна-прототип состоит из группы плоских элементов (ПЭ), выполненных из металлических проводников. Каждый ПЭ представляет собой излучатель в виде симметричного вибратора из двух треугольных плеч, внешние концы которых соединены к. з. проводниками. Все элементы объединены общим фидерным трактом и образуют синфазную или фазируемую (в случае включения в фидерный тракт фазирующих устройств) решетку. Элементы расположены компланарно в пределах прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР и подвешены вертикально на мачтах ФАР, благодаря применению элементов, состоящих из излучателей с треугольными плечами, имеет широкий диапазон рабочих частот и лучше согласование.

Однако прототип обладает недостатками. Коэффициент перекрытия рабочего диапазона (отношение максимальной рабочей частоты к минимальной) антенной решетки СГДП 3,6/4 РА равный 2,14, значительно меньше значения данного параметра у современных передатчиков и не позволяет обходиться одним типоразмером при обеспечении связи на различные расстояния. Сектор управления диаграммой направленности (ДН) в горизонтальной плоскости, равный 60o, ограничивает возможности данной антенны при работе в радиосети. Кроме того, антенна обладает большими габаритам и низкой защищенностью, а также не обеспечивает работу независимо с вертикальной и горизонтальной поляризацией или кругополяризованной волной.

Задача изобретения создание широкополосной ФАР, предназначенной для использования в качестве приземной или подземной антенны КВ и УКВ диапазонов, обеспечивающей управление ДН во всем верхнем полупространстве при снижении размеров излучающей поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что в известной ФАР, содержащей группу ПЭ, каждый из которых включает пару треугольных излучателей, установленных компланарно в пределах прямоугольника, ограничивающего апертуру ФАР, и подключенных к фидерному тракту, в каждый ПЭ введена дополнительная пара идентичных излучателей, установленных компланарно и ортогонально первой. Все ПЭ расположены горизонтально в пределах полупроводящей среды или на ее поверхности. Внешние концы треугольных излучателей, принадлежащих к примыкающим друг к другу ПЭ, электрически соединены. Внешние концы треугольных излучателей, принадлежащих периферийным ПЭ, соединены по периметру апертуры ФАР дополнительными к.з. проводниками. Внешние концы треугольных излучателей, примыкающие с двух сторон к большим диагоналям ФАР, электрически развязаны, а внешние концы остальных треугольных излучателей соединены короткозамкнутыми проводниками. Фидерный тракт НЧ канала подключен к вершинам треугольных излучателей ПЭ, расположенного в центре ФАР. Вершины треугольных излучателей остальных ПЭ подключены к фидерному тракту ВЧ канала. Ортогональные излучатели в каждом ПЭ запитаны независимо, т.е. могут возбуждать либо каждый в отдельности с линейной поляризацией, либо со сдвигом 90o, чем достигается кругополяризованное излучение. При такой схеме ФАР реализуется двукратное использование одних и тех же элементов для работы как в НЧ так и в ВЧ диапазонах (с коэффициентом перекрытия 5,33 и 7,5 соответственно) с согласованием на уровне КБВ не менее 0,5. В целом предлагаемая ФАР работает в диапазоне с 40-кратным перекрытием. При этом на резонансной частоте площадь ее излучающей поверхности в 1,6 раза меньше, чем у прототипа.

На фиг. 1 показан общий вид ФАР; на фиг. 2 плоский элемент; на фиг. 3 четырех- и трехшунтовой ПЭ; на фиг. 4 фидерная система; на фиг. 5, 6 - результаты экспериментальных исследований.

ФАР, показанная на фиг. 1, состоит из N (для примера принято N 9) идентичных ПЭ. Вариант исполнения ПЭ изображен на фиг. 2. Каждый ПЭ образован ортогональной парой плоских вибраторов г-г' и в-в' длиной 2L1 с плечами в виде равносторонних треугольников 1. Примыкающие концы треугольных излучателей соседних ПЭ, соединены электрически (линии m-m'). Периферийные концы треугольных излучателей ПЭ соединены к.з. проводниками 2 (фиг.3), за исключением треугольных излучателей, примыкающих с двух сторон к большим диагоналям c-c' и p-p', т.е. эти излучатели электрически развязаны (фиг.3). При таком условии центральный ПЭ к.з. проводников не м не менее (фиг. 2). Концы треугольных излучателей в-в' и г-г', размещенные на внешних краях ФАР, соединены дополнительно проводниками 3 (при этом каждый проводник 3 совместно с двумя проводниками образует замкнутый контур, который может быть заполнен дополнительными проводниками или заменен сплошной металлической пластиной такой же формы).

Каждый ПЭ имеет поперечные и продольные размеры 2L=min (где min - минимальная длина волны в рабочем диапазоне), а в целом ФАР представляет собой квадрат со стороной .

Фидерная система ФАР, показанная на фиг. 4, состоит из двух идентичных групп, питающих горизонтальные г-г' и вертикальные в-в' излучатели ПЭ. На фиг. 1 показана фидерная группа горизонтальных излучателей. Она включает фидер 4 НЧ вибратора и (N-1) фидеров 5 ВЧ вибраторов. Экранные оболочки 6 фидеров 4, 5 электрически соединены с вершинами левых треугольных излучателей горизонтальных вибраторов, а центральные проводники 7 этих фидеров таким же образом подключены к правым треугольным излучателям. Фидер 4 НЧ элемента подключен непосредственно к передатчику (приемнику). Фидеры 5 ВЧ элементов для обеспечения фазирования антенной решетки и сопряжения с выходом передатчика подключены через управляемые линии задержки (УЛЗ) 8 и делитель мощности 9 (при работе на прием устройство сопряжения 1:8).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При подаче напряжения возбуждения по фидеру 4 к точкам г-г' (для вертикального вибратора в-в') ток от указанных точек течет по плечам ромбической формы, образованным соединенными между собой треугольными излучателями 1 центрального и боковых ПЭ, а также от точек Е и Е' через проводники 2 к точкам Н и Н' ортогональных треугольных излучателей периферийных ПЭ, далее по ним в поперечном направлении к точкам К и К', от каждой из которых по парам расположенных на внешней стороне ФАР проводников 2 (или заменяющим их пластинам).

Для работы ФАР ВЧ диапазона мощность передатчика в делителе 9 делится на 8 идентичных каналов, в каждом из которых с помощью УЛЗ 8 создается требуемый сдвиг фаз, и далее по фидерам 5 осуществляется возбуждение ПЭ. При подаче напряжения возбуждения к входу одного из вибраторов (горизонтального иди вертикального) каждого ПЭ, другой вибратор совместно с проводниками образует к.з. перемычку, соединяющую концы возбуждаемого излучателя, чем достигается улучшение согласования в нижней части диапазона.

Экспериментальные исследования предлагаемой ФАР проводились на макете, предназначенном для работы в диапазоне 1,5-60 МГц, изготовленном из листовой стали толщиной 2 мм. Размеры макета 15 х 15 м2, почва сухая (=5, =0,001 См/м). Фидерная система ВЧ ФАР была выполнена из коаксиальных кабелей РК-75-9-12 длиной (140-0,1) м, возбуждение НЧ элементов осуществлялось по кабелям РК-75-17-12 длиной (120 -0,1) м. Диаграммообразующая схема включала трансформаторный делитель мощности 1:8 и 8-канальную 4-разрядную управляемую линию задержки, образованную отрезками коаксиального кабеля с фторопластовой изоляцией длиной 0,66 м, 1,32 м, 2,64 м и 5,28 м. В качестве передающего устройства использовалось изделие "Факел-Н1" (диапазон рабочих частот 1,5-60 МГц, мощность до 4 кВт). В ходе исследований измерялись входные сопротивления НЧ элементов, ВЧ элементов по отдельности и в составе ФАР, по которым рассчитывались значения КБВ, а такие динамические диаграммы направленности на различных частотах.

Значения КБВ, НЧ элемента, отдельного ВЧ элемента и ФАР в целом, показанные на фиг.5, подтверждают высокое качество согласования во всем рабочем диапазоне. Динамические диаграммы направленности ФАР в нижней, средней и верхней частях диапазона приведены на фиг.6 (графики а, б, в соответственно). Сплошной линией изображены расчетные ДН, крестиками - результаты измерений. Видно, что во всем диапазоне ФАР обеспечивает формирование максимума излучения в заданном направлении. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Фазированная антенная решетка, содержащая группу плоских элементов, каждый из которых включает пару треугольных излучателей, установленных компланарно в пределах прямоугольника, ограничивающего апертуру фазированной антенной решетки, и подключенных к фидерному тракту, отличающаяся тем, что плоские элементы расположены горизонтально в пределах полупроводящей среды или на ее поверхности, в каждый плоский элемент введена вторая пара идентичных излучателей, установленная компланарно и ортогонально первой, внешние концы треугольных излучателей, принадлежащих примыкающим друг к другу плоским элементам, электрически соединены, а внешние концы треугольных излучателей, принадлежащих периферийным плоским элементам, соединены по периметру апертуры фазированной антенной решетки дополнительными короткозамыкающими проводниками, причем внешние концы треугольных излучателей, примыкающие с двух сторон к большим диагоналям фазированной антенной решетки, электрически развязаны, а внешние концы остальных треугольных излучателей соединены короткозамыкающими проводниками, при этом фидерный тракт низкочастотного канала подключен к вершинам треугольных излучателей плоского элемента, расположенного в центре фазированной антенной решетки, а вершины треугольных излучателей остальных плоских элементов подключены к фидерному тракту высокочастотного канала, причем ортогональные треугольные излучатели в каждом плоском элементе запитаны независимо.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru