RU150246U1

RU150246U1 - ANTENNA GRILLE

Info

Publication number: RU150246U1
Application number: RU2014103515/08U
Authority: RU
Inventors: Сергей Евгеньевич Банков; Александр Георгиевич Давыдов; Геннадий Ефимович Карюкин; Александр Александрович Курушин; Константин Борисович Папилов; Игорь Соломонович Рохлин
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2015-02-10

Abstract

1. Антенная решетка, содержащая элементарные излучатели, элементарные излучатели выполнены одинаковыми в виде щелевых линий передачи и прямоугольных металлических пластин, щелевые линии передачи выполнены плавно расширяющимися, оси щелевых линий передачи расположены перпендикулярно плоскости антенной решетки в узлах прямоугольной координатной сетки, ортогональные линии прямоугольной координатной сетки параллельны осям координат Ох и Оу, подложки щелевых линий передачи расположены параллельно плоскости XOZ, края прямоугольных металлических пластин расположены параллельно осям Ох и Оу, отличающаяся тем, что, с целью расширения сектора сканирования антенной решетки в широкой полосе частот, в элементарный излучатель введены две дополнительные металлические пластины, которые перпендикулярны плоскости XOZ и расположены симметрично относительно плоскости параллельной плоскости YOZ, проходящей через ось щелевой линии передачи, дополнительные металлические пластины имеют электрический контакт с прямоугольной металлической пластиной, а проводники щелевой линии передачи выполнены с электрическим контактом с указанными дополнительными металлическими пластинами.2. Антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные металлические пластины выполнены с размером L вдоль оси щелевой линии передачи, который выбирается в соответствии со следующим соотношением:где L- размер подложки щелевой линии передачи вдоль оси 0z.3. Антенная решетка по п. 2, отличающаяся тем, что дополнительные металлические пластины соседних элементарных излучателей, у которых подложки щелевых линий передачи лежат в общей плоскос�1. An antenna array containing elementary radiators, elementary radiators are made identical in the form of slotted transmission lines and rectangular metal plates, slotted transmission lines are smoothly expanding, the axes of slotted transmission lines are perpendicular to the plane of the antenna array at nodes of a rectangular coordinate grid, orthogonal lines of a rectangular coordinate grid parallel to the coordinate axes Ox and Oy, the substrates of the slotted transmission lines are parallel to the XOZ plane, the edges of rectangular metal platelets are parallel to the axes Ox and Oy, characterized in that, in order to expand the scanning sector of the antenna array in a wide frequency band, two additional metal plates are introduced into the elementary radiator, which are perpendicular to the XOZ plane and are located symmetrically with respect to the plane parallel to the YOZ plane passing through axis of the slotted transmission line, additional metal plates have electrical contact with a rectangular metal plate, and conductors of the slotted transmission line and are made with electrical contact with these additional metal plates. 2. The antenna array according to claim 1, characterized in that the additional metal plates are made with a size L along the axis of the slotted transmission line, which is selected in accordance with the following ratio: where L is the size of the substrate of the slotted transmission line along the 0z.3 axis. Antenna array according to claim 2, characterized in that the additional metal plates of adjacent elementary radiators, in which the substrates of the slotted transmission lines lie in a common plane

Description

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве антенны радиолокационной или связной системы.The utility model relates to antenna technology and can be used as an antenna of a radar or communication system.

Фазированные антенные решетки (ФАР) широко используются в различных радиотехнических системах. К числу их достоинств относятся широкие функциональные возможности, которые обеспечиваются за счет использования электрически управляемых элементов - фазовращателей. С их помощью можно решать широкий круг задач, к которым относятся: обзор пространства узким лучом (сканирование), формирование диаграмм направленности (ДН) сложной формы, например, косекансной, ДН с заданным расположением нулей и т.д.Phased array antennas (PAR) are widely used in various radio systems. Among their advantages are wide functional capabilities, which are provided through the use of electrically controlled elements - phase shifters. With their help, it is possible to solve a wide range of problems, which include: viewing a space with a narrow beam (scanning), forming radiation patterns (MD) of complex shape, for example, cosecant, MD with a given arrangement of zeros, etc.

Важной составной частью ФАР является ее излучающая часть - антенная решетка (АР), которая обеспечивает преобразование направляемых волн в каналах ФАР в волны излучения свободного пространства и, наоборот, преобразование волн излучения в направляемые волны. АР во многом определяет такие важные показатели качества ФАР, как ее коэффициент усиления (КУ), сектор сканирования, диапазон рабочих частот и ряд других.An important component of the PAR is its radiating part - the antenna array (AR), which provides the conversion of the guided waves in the PAR channels into radiation waves of free space and, conversely, the conversion of radiation waves into guided waves. The AR largely determines such important indicators of the quality of the headlamp as its gain (KU), the scanning sector, the range of operating frequencies, and several others.

Известны разные виды АР. Их принято классифицировать по типу излучателей, которые формируют решетку: волноводные, полосковые, вибраторные излучатели. Им соответствуют волноводные, полосковые и вибраторные АР.Different types of AR are known. They are usually classified according to the type of emitters that form the lattice: waveguide, strip, vibrator emitters. They correspond to waveguide, strip and vibratory ARs.

Излучатели АР располагаются периодически в плоскости, которую принято называть плоскостью решетки. При этом они формируют двумерно - периодическую структуру, которая может иметь прямоугольную или гексагональную сетки. Они являются частными случаями сетки наиболее общего вида - косоугольной.The emitters of the AR are located periodically in the plane, which is usually called the plane of the grating. Moreover, they form a two-dimensional - periodic structure, which may have a rectangular or hexagonal grid. They are special cases of a mesh of the most general form - oblique.

Данная полезная модель относится к печатным АР, так как ее излучатели могут быть изготовлены методами технологии печатных схем СВЧ. Среди таких излучателей наибольшее распространение получили так называемые patch излучатели и печатные диполи, а также АР на их основе (Патент США №3681769, 1972, Dual polarized printed circuit dipole antenna, E.J. Perotti, J.C. Ranghelli, R.A. Felsenheld). К числу их достоинств относится простота конструкции, поскольку вся АР выполняется в виде единой печатной платы.This utility model relates to printed ARs, since its emitters can be manufactured using microwave printed circuit technology. Among such emitters, the most widely used are the so-called patch emitters and printed dipoles, as well as ARs based on them (US Patent No. 3681769, 1972, Dual polarized printed circuit dipole antenna, E.J. Perotti, J.C. Ranghelli, R.A. Felsenheld). Among their advantages is the simplicity of the design, since the whole AR is made in the form of a single printed circuit board.

Использование подобных АР в составе ФАР вызывает большие сложности, которые обусловлены следующими факторами. Печатные излучатели данного типа представляют собой достаточно высокодобротные резонаторы, которые имеют относительно небольшую полосу рабочих частот. Как следствие сектор углов, в которых АР на их основе хорошо согласована, также ограничен. За счет взаимного влияния излучателей АР при изменении угла сканирования вносимая реактивность, которая обусловлена полями, наведенными в выделенном излучателе другими элементами АР, меняется. По этой причине меняется резонансная частота излучателя в составе АР и как следствие меняется согласование АР. Плохое согласование АР снижает ее КУ.The use of such ARs as part of the PAR leads to great difficulties, which are caused by the following factors. Printed emitters of this type are quite high-quality resonators that have a relatively small band of operating frequencies. As a result, the sector of angles in which the AR based on them is well coordinated is also limited. Due to the mutual influence of AR emitters when changing the scanning angle, the introduced reactivity, which is due to the fields induced in the selected emitter by other elements of the AR, changes. For this reason, the resonant frequency of the emitter in the composition of the AR changes, and as a result, the coordination of the AR changes. Poor alignment of the AP reduces its QA.

Поэтому для создания АР с широким сектором сканирования в широкой полосе рабочих частот используются другие типы печатных излучателей, которые получили название антенны Вивальди (P.J. Gibson, The Vivaldi Aerial, in Proc. 9th European Microwave Conference, UK, June 1979, pp. 101-105).Therefore, other types of printed emitters, called the Vivaldi antennas (PJ Gibson, The Vivaldi Aerial, in Proc. 9th European Microwave Conference, UK, June 1979, pp. 101-105, are used to create ARs with a wide scanning sector in a wide operating frequency band). )

Антенна Вивальди представляет собой плавно расширяющуюся щелевую линию передачи. Известны разные виды щелевых линий передачи, которые используются в антеннах Вивальди. Односторонняя щелевая линия передачи используется в антенне L.R. Lewis, M. Fasset, and J. Hunt. ”A broadband stripline array,” IEEE A P-S Synip., June 1974, p. 335. В этом случае щелевая линия передачи закорочена с одного конца и разомкнута на другом конце, с которого происходит излучение поля в свободное пространство. В качестве возбуждающей линии передачи используют микрополосковую линию (МПЛ), которая выполняется на той же подложке, что и щелевая линия передачи. Часто МПЛ не имеет электрического контакта с щелевой линией. Данной обстоятельство ограничивает полосу рабочих частот антенны Вивальди, поскольку создание устройства возбуждения щелевой линии, работающего в широкой полосе, представляет достаточно сложную инженерную задачу.Vivaldi's antenna is a smoothly expanding slotted transmission line. There are various types of slotted transmission lines that are used in Vivaldi antennas. A one-way slotted transmission line is used in the L.R. antenna. Lewis, M. Fasset, and J. Hunt. ”A broadband stripline array,” IEEE A P-S Synip., June 1974, p. 335. In this case, the slotted transmission line is shorted from one end and open at the other end, from which the radiation of the field into the free space occurs. A microstrip line (MPL) is used as the exciting transmission line, which runs on the same substrate as the slotted transmission line. Often, the MPL does not have electrical contact with the slit line. This circumstance limits the operating frequency band of the Vivaldi antenna, since the creation of a slot line excitation device operating in a wide band represents a rather complicated engineering task.

Находят применение также антенны Вивальди с двусторонними симметричными и несимметричными щелевыми линиями передачи. При использовании симметричной двусторонней щелевой линии антенна возбуждается симметричной полосковой линией передачи.Vivaldi antennas with bilateral symmetric and asymmetric slotted transmission lines are also used. When using a symmetrical double-sided slotted line, the antenna is excited by a symmetrical strip transmission line.

Наиболее простую конструкцию имеет антенна Вивальди на основе несимметричной щелевой линии (E. Gazit, ”Improved design of a Vivaldi antenna,” IEEE Proc. H, April 1988, pp. 89-92). Эту конструкцию отличает также наиболее широкая полоса рабочих частот по согласованию антенны. Однако для нее характерен более высокий уровень кросс-поляризованного излучения в свободное пространство.The simplest design is the Vivaldi antenna based on an asymmetric slit line (E. Gazit, ”Improved design of a Vivaldi antenna,” IEEE Proc. H, April 1988, pp. 89-92). This design is also distinguished by the widest operating frequency band according to antenna matching. However, it is characterized by a higher level of cross-polarized radiation into free space.

Антенны Вивальди используются для построения на их основе АР. При этом следует отметить возможность построения двухполяризационных АР, излучающих и принимающих волны двух ортогональных поляризаций. Данная полезная модель относится к однополяризационным АР на основе антенн Вивальди. Известны АР, использующие антенны Вивальди в качестве элементарных излучателей, в которых указанные излучатели объединены в линейки (B.H. Schaubert, T.H. Chio, ”Parameter Study and Design Widescan Dual-Polarized Tapered Slot Antenna Array,” IEEE Transactions Antennas and Propagation, Vol. 48, No. 6, June 2000, pp. 879-886.). Каждая линейка представляет собой единую печатную схему. При этом проводники щелевых линий передачи соседних излучателей в линейке могут иметь электрический контакт.Vivaldi antennas are used to build AR based on them. It should be noted that it is possible to build bipolarization ARs that emit and receive waves of two orthogonal polarizations. This utility model relates to unipolarizing ARs based on Vivaldi antennas. ARs are known that use Vivaldi antennas as elementary emitters in which these emitters are combined into lines (BH Schaubert, TH Chio, ”Parameter Study and Design Widescan Dual-Polarized Tapered Slot Antenna Array,” IEEE Transactions Antennas and Propagation, Vol. 48, No. 6, June 2000, pp. 879-886.). Each line is a single printed circuit. In this case, the conductors of the slotted transmission lines of adjacent emitters in the line can have electrical contact.

Наличие электрического контакта между проводниками соседних излучателей является важным фактором, обеспечивающим функционирование АР в широком секторе углов и в широкой полосе рабочих частот.The presence of electrical contact between the conductors of adjacent emitters is an important factor that ensures the functioning of the AR in a wide sector of angles and in a wide band of operating frequencies.

Однако описанная выше конструктивная реализация АР в виде набора линеек антенн Вивальди не соответствует современному модульному принципу построения антенных комплексов, к которым относятся цифровые АР (ЦАР). Модульный принцип конструирования ЦАР требует ее построения в виде независимых модулей, выполненных с возможностью удаления и замены любого модуля АР. Выполнение АР в виде набора конструктивно неделимых линеек недопустимо по соображениям удобства изготовления и ремонта.However, the above-described constructive implementation of the AR in the form of a set of Vivaldi antenna lines does not correspond to the modern modular principle of constructing antenna complexes, which include digital ARs (CARs). The modular principle of designing the CAR requires its construction in the form of independent modules, made with the ability to remove and replace any module of the AR. The implementation of the AR in the form of a set of structurally indivisible rulers is unacceptable for reasons of ease of manufacture and repair.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой АР является решетка (C.T. Rodenbeck, S.G. Kim, W.H. Tu et all. Ultra-wideband low-cost phased array radars // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 2005. Vol. 53. №12. P. 3697-3703), содержащая элементарные излучатели, элементарные излучатели выполнены одинаковыми в виде щелевых линий передачи и прямоугольных металлических пластин, щелевые линии передачи выполнены плавно расширяющимися, оси щелевых линий передачи расположены перпендикулярно плоскости антенной решетки в узлах прямоугольной координатной сетки, ортогональные линии прямоугольной координатной сетки параллельны осям координат 0x и 0y, подложки щелевых линий передачи расположены параллельно плоскости XOZ, края прямоугольных металлических пластин расположены параллельно осям 0x и 0y.The closest technical solution to the proposed AR is the grating (CT Rodenbeck, SG Kim, WH Tu et all. Ultra-wideband low-cost phased array radars // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 2005. Vol. 53. No. 12. P 3697-3703), containing elementary radiators, elementary radiators are made identical in the form of slotted transmission lines and rectangular metal plates, slotted transmission lines are smoothly expanding, the axes of slotted transmission lines are perpendicular to the plane of the antenna array at nodes of a rectangular coordinate grid, orthogonal lines are rectangular of the coordinate grid are parallel to the coordinate axes 0x and 0y, the substrates of the slotted transmission lines are parallel to the XOZ plane, the edges of the rectangular metal plates are parallel to the axes 0x and 0y.

Недостатком данного технического решения является узкий сектор сканирования в широкой полосе частот. Для достижения широкой полосы частот электрическая длина щелевой линии, образующей антенну Вивальди, должна быть существенно больше единицы. В этом случае обеспечивается плавная трансформация волны узкой щелевой линии в области ее возбуждения МПЛ в волну свободного пространства на противоположном конце антенны Вивальди. За счет плавности достигается хорошее согласование уединенной антенны в широкой полосе частот.The disadvantage of this technical solution is the narrow scanning sector in a wide frequency band. To achieve a wide frequency band, the electrical length of the slit line forming the Vivaldi antenna should be significantly greater than unity. In this case, a smooth transformation of a narrow slot line wave in the region of its MPL excitation into a free space wave at the opposite end of the Vivaldi antenna is ensured. Due to the smoothness, good coordination of a solitary antenna in a wide frequency band is achieved.

При объединении элементарных излучателей в решетку возникают эффекты взаимного влияния, которые оказывают существенное влияние на ее работу. В решетке, составленной из антенн Вивальди достаточно большой электрической длины, возникают паразитные колебания, которые возбуждаются при отклонении главного луча ДН от нормали к плоскости АР. Указанные колебания в уединенной антенне не возбуждаются в силу ее симметрии. Однако в АР при сканировании главного луча ДН симметрия нарушается и создаются условия для эффективного возбуждения паразитных колебаний. Возбуждение указанных колебаний сопровождается резким ростом коэффициента отражения от АР в некотором секторе углов и падением ее КУ. Таким образом, работа АР из антенн Вивальди в широкой полосе частот и в широком секторе сканирования оказывается невозможной из-за появления «слепых» углов, в которых КУ решетки сильно снижается.When combining elementary emitters into a grating, effects of mutual influence arise, which have a significant impact on its operation. In a grating composed of Vivaldi antennas of a sufficiently large electric length, spurious oscillations occur, which are excited when the main beam of the beam deviates from the normal to the AP plane. These vibrations in a solitary antenna are not excited due to its symmetry. However, in AR, when the main beam of the beam is scanned, the symmetry is broken and conditions are created for the effective excitation of spurious oscillations. The excitation of these oscillations is accompanied by a sharp increase in the reflection coefficient from AR in a certain sector of angles and a decrease in its CS. Thus, the operation of ARs from Vivaldi antennas in a wide frequency band and in a wide scanning sector is impossible due to the appearance of “blind” angles, in which the gain of the grating is greatly reduced.

Предлагаемая полезная модель нацелена на получение технического результата, выражающегося в расширении сектора сканирования АР, функционирующей в широкой полосе частот. Получаемый технический результат выражается в повышении быстродействия и снижения стоимости обзорной ФАР или ЦАР, в состав которых входит АР. Снижение стоимости достигается за счет уменьшения числа АР в составе обзорной ФАР или ЦАР, необходимых для обзора заданного сектора углов. Повышение быстродействия достигается путем исключения механического сканирования и перехода к электронному сканированию.The proposed utility model is aimed at obtaining a technical result, expressed in the expansion of the scanning sector of the AR, operating in a wide frequency band. The resulting technical result is expressed in increasing the speed and reducing the cost of the survey PAR or CAR, which include the AR. Cost reduction is achieved by reducing the number of ARs in the survey headlights or CARs needed to review a given angle sector. Improving performance is achieved by eliminating mechanical scanning and the transition to electronic scanning.

Предлагаемая АР, содержащая элементарные излучатели, элементарные излучатели выполнены одинаковыми в виде щелевых линий передачи и прямоугольных металлических пластин, щелевые линии передачи выполнены плавно расширяющимися, оси щелевых линий передачи расположены перпендикулярно плоскости антенной решетки в узлах прямоугольной координатной сетки, ортогональные линии прямоугольной координатной сетки параллельны осям координат 0x и 0y, подложки щелевых линий передачи расположены параллельно плоскости XOZ, края прямоугольных металлических пластин расположены параллельно осям 0x и 0y, решает задачу расширения сектора сканирования в широкой полосе частот.The proposed AR containing elementary radiators, elementary radiators are made identical in the form of slotted transmission lines and rectangular metal plates, slotted transmission lines are smoothly expanding, the axes of slotted transmission lines are perpendicular to the plane of the antenna array at nodes of a rectangular coordinate grid, orthogonal lines of a rectangular coordinate grid are parallel to the axes coordinates 0x and 0y, the substrates of the slotted transmission lines are parallel to the XOZ plane, the edges of the rectangular metal FIR plates arranged parallel to the axis 0x and 0y, solves the problem of expansion in the sector scan a wide frequency band.

Эта задача решается за счет того, что в элементарный излучатель введены две дополнительные металлические пластины, которые перпендикулярны плоскости XOZ и расположены симметрично относительно плоскости параллельной плоскости YOZ, проходящей через ось щелевой линии передачи, дополнительные металлические пластины имеют электрический контакт с прямоугольной металлической пластиной, а проводники щелевой линии передачи выполнены с электрическим контактом с указанными дополнительными металлическими пластинами.This problem is solved due to the fact that two additional metal plates are introduced into the elementary radiator, which are perpendicular to the XOZ plane and are located symmetrically with respect to the plane parallel to the YOZ plane passing through the axis of the transmission slot line, the additional metal plates have electrical contact with a rectangular metal plate, and the conductors slotted transmission lines are made with electrical contact with these additional metal plates.

Возможны дополнительные варианты выполнения АР. В дополнительном варианте, обеспечивающем уменьшение массы АР металлические стенки выполнены с размером L вдоль оси щелевой линии передачи, который выбирается в соответствии со следующим соотношением:Additional options for performing AR are possible. In an additional embodiment, providing a decrease in the mass of the AP, the metal walls are made with size L along the axis of the slotted transmission line, which is selected in accordance with the following ratio:

где L_s - размер подложки щелевой линии передачи вдоль оси 0z.where L _s is the size of the substrate slit transmission line along the axis 0z.

В дополнительном варианте, обеспечивающем расширение сектора сканирования в широкой полосе частот за счет подавления паразитных колебаний, возникающих в зазорах между металлическими стенками, дополнительные металлические пластины соседних элементарных излучателей, у которых подложки щелевых линий передачи лежат в общей плоскости, имеют электрический контакт, по меньшей мере, в одной точке, а металлические стенки соседних элементарных излучателей, у которых подложки щелевых линий передачи лежат в разных плоскостях, установлены с зазором.In an additional embodiment, providing the expansion of the scanning sector in a wide frequency band due to the suppression of spurious oscillations arising in the gaps between the metal walls, the additional metal plates of adjacent elementary radiators, in which the substrates of the slit transmission lines lie in a common plane, have an electrical contact of at least , at one point, and the metal walls of neighboring elementary radiators, in which the substrates of the slotted transmission lines lie in different planes, are installed with a gap rum.

В дополнительном варианте, обеспечивающем повышенную степень подавления паразитных колебаний при одновременном снижении массы АР, в каждом из двух проводников щелевой линии передачи выполнен, по меньшей мере, один отрезок дополнительной щелевой линии передачи, который на одном конце выполнен короткозамкнутым, а на другом разомкнутым, причем разомкнутый конец отрезка дополнительной щелевой линии передачи располагается на внешней границе проводника щелевой линии передачи в области, не имеющей контакта с дополнительной металлической пластиной, а длина отрезка дополнительной щелевой линии передачи равна четверти длины волны в указанной линии передачи.In an additional embodiment, providing an increased degree of suppression of parasitic oscillations while reducing the mass of the AR, at least one segment of the additional slotted transmission line is made in each of the two conductors of the slotted transmission line, which is short-circuited at one end and open at the other, the open end of the segment of the additional slotted transmission line is located on the outer boundary of the conductor of the slotted transmission line in a region that does not have contact with the additional metal plate, and the length of the segment of the additional slotted transmission line is equal to a quarter of the wavelength in the specified transmission line.

На фиг. 1 показан элементарный излучатель АР, а на фиг. 2 ее фрагмент. Элементарный излучатель состоит из щелевой линии (1) передачи, которая представляет собой щель переменной ширины, ось которой параллельна оси 0z. Щель образуется между двумя проводниками (2) щелевой линии (1) передачи. Проводники (2) расположены на подложке (3), которая выполняется из СВЧ диэлектрического материала. Щелевая линия (1) передачи закорочена с одного конца с помощью короткозамыкателя (4), который выполняется в виде полоскового проводника и разомкнута на другом конце. Со стороны короткозамкнутого конца она связана с МПЛ (5). Проводник МПЛ (5) расположен на противоположной стороне подложки (3), на которой сформирована щелевая линия (1) передачи. При этом проводники (2) щелевой линии (1) передачи вместе с проводником короткозамыкателя (4) выполняют функцию экрана МПЛ. МПЛ (5) выполняет функцию выходной линии передачи, которая, например, может быть связана с коаксиальным разъемом (6). В этом случае коаксиальный разъем (6) размещается на прямоугольной металлической пластине (7), которая имеет электрический контакт с проводником короткозамыкателя (4) щелевой линии (1) передачи. Две дополнительные металлические пластины (8) выполнены одинаковыми. Они расположены перпендикулярно плоскости XOZ и симметрично относительно плоскости симметрии щелевой линии (1) передачи, которая параллельна плоскости XOY и проходит через ось щелевой линии (1) передачи. Подложка (3) щелевой линии (1) передачи расположена параллельно плоскости XOZ, края прямоугольной металлической пластины (7) расположены параллельно осям 0x и 0y. Проводники щелевой линии (1) передачи имеют электрический контакт с дополнительными металлическими пластинами (8). Для этого дополнительные металлические пластины (8) располагаются вплотную к подложке (3).In FIG. 1 shows an elementary radiator AR, and in FIG. 2 fragment of it. The elementary emitter consists of a transmission slot line (1), which is a slit of variable width, the axis of which is parallel to the 0z axis. A gap is formed between the two conductors (2) of the transmission slot line (1). Conductors (2) are located on the substrate (3), which is made of microwave dielectric material. The transmission slot line (1) is shorted at one end with a short-circuit (4), which is in the form of a strip conductor and is open at the other end. From the side of the short-circuited end, it is connected with the MPL (5). The MPL conductor (5) is located on the opposite side of the substrate (3), on which the transmission slot line (1) is formed. In this case, the conductors (2) of the transmission slot line (1) together with the short-circuit conductor (4) perform the function of the MPL screen. MPL (5) performs the function of an output transmission line, which, for example, can be connected to a coaxial connector (6). In this case, the coaxial connector (6) is placed on a rectangular metal plate (7), which is in electrical contact with the conductor of the short circuit (4) of the transmission slot line (1). Two additional metal plates (8) are made identical. They are located perpendicular to the XOZ plane and symmetrically with respect to the plane of symmetry of the transmission slot line (1), which is parallel to the XOY plane and passes through the axis of the transmission slot line (1). The substrate (3) of the transmission slot line (1) is parallel to the XOZ plane, the edges of the rectangular metal plate (7) are parallel to the 0x and 0y axes. The conductors of the slit transmission line (1) have electrical contact with additional metal plates (8). For this, additional metal plates (8) are located close to the substrate (3).

На фиг. 2 показан фрагмент АР. На фиг. 3 показана прямоугольная координатная сетка (9). Элементарные излучатели расположены в узлах прямоугольной координатной сетки (9), ортогональные линии прямоугольной координатной сетки (9) параллельны осям координат 0x и 0y.In FIG. 2 shows a fragment of AP. In FIG. 3 shows a rectangular coordinate grid (9). Elementary radiators are located in nodes of a rectangular coordinate grid (9), orthogonal lines of a rectangular coordinate grid (9) are parallel to the coordinate axes 0x and 0y.

Изображенный на фиг. 1 элементарный излучатель АР имеет дополнительные металлические пластины (8) с размером по оси 0z равным L. В соответствии со вторым дополнительным вариантом выполнения АР длина L дополнительных металлических пластин (8) может быть меньше длины подложки (3) щелевой линии (1) передачи вдоль оси 0z L_s. Уменьшение длины дополнительных металлических пластин (6) обеспечивает уменьшение общей массы АР. При этом подавление паразитных типов колебаний достигается, если параметр L выбирается в соответствии с неравенством (1).Depicted in FIG. 1, the elementary radiator AR has additional metal plates (8) with an axis size of 0z equal to L. In accordance with the second additional embodiment of the AR, the length L of the additional metal plates (8) may be less than the length of the substrate (3) of the transmission slot line (1) along axis 0z L _s . Reducing the length of additional metal plates (6) provides a decrease in the total mass of the AR. In this case, suppression of spurious oscillation types is achieved if parameter L is selected in accordance with inequality (1).

Показанный на фиг. 2 фрагмент АР выполнен в соответствии с третьим дополнительным вариантом, в котором дополнительные металлические пластины (8) соседних элементарных излучателей, у которых подложки (3) щелевых линий (1) передачи лежат в общей плоскости, имеют электрический контакт, по меньшей мере, в одной точке, а дополнительные металлические пластины (8) соседних элементарных излучателей, у которых подложки (3) щелевых линий (1) передачи лежат в разных плоскостях, установлены с зазором. Для этого размер прямоугольной металлической пластины (7) по оси 0x выполнен равным периоду АР вдоль той же оси - P_x, а размер прямоугольной металлической пластины (7) по оси 0y - a выполнен меньшим периода АР вдоль оси 0y - P_y.Shown in FIG. 2, the AR fragment is made in accordance with the third additional embodiment, in which additional metal plates (8) of adjacent elementary radiators, in which the substrates (3) of the slot transmission lines (1) lie in a common plane, have an electrical contact in at least one point, and additional metal plates (8) of neighboring elementary emitters, for which the substrates (3) of the slotted transmission lines (1) lie in different planes, are installed with a gap. For this, the size of the rectangular metal plate (7) along the 0x axis is made equal to the period AP along the same axis - P _x , and the size of the rectangular metal plate (7) along the axis 0y - a is made smaller than the period AP along the axis 0y - P _y .

На практике весьма трудно получить надежный контакт между дополнительными металлическими пластинами (8) по всей их поверхности, так как для удобства сборки АР между ними необходимо оставить некоторый зазор. В этом случае дополнительные металлические пластины (8) можно выполнить, как показано на фиг. 4. На фиг. 4 изображены дополнительные металлические пластины (8) соседних элементарных излучателей. Между ними необходимо обеспечить надежный электрический контакт. Для этого одна дополнительная металлическая пластина (8) выполняется плоской, а другая со округлением. В этом случае в точке (10) обеспечивается надежный электрический контакт.In practice, it is very difficult to obtain reliable contact between additional metal plates (8) over their entire surface, since for the convenience of assembling the AR, some gap must be left between them. In this case, additional metal plates (8) can be made as shown in FIG. 4. In FIG. 4 shows additional metal plates (8) of adjacent elementary emitters. Between them it is necessary to ensure reliable electrical contact. For this, one additional metal plate (8) is flat and the other is rounded. In this case, at point (10), reliable electrical contact is ensured.

На фиг. 5 показан элементарный излучатель АР, в котором в каждом из двух проводников щелевой линии передачи выполнены отрезки дополнительных щелевых линий (11) передачи, которые на одном конце выполнены короткозамкнутыми, а на другом разомкнутыми, причем разомкнутый конец отрезка дополнительной щелевой линии располагается на внешней границе проводника щелевой линии (1) передачи в области, не имеющей контакта с дополнительными металлическими пластинами (8), а длина отрезка дополнительной щелевой линии (11) передачи равна четверти длины волны в указанной линии передачи.In FIG. 5 shows an elementary radiator AR in which in each of the two conductors of the slit transmission line, segments of additional slotted transmission lines (11) are made, which are short-circuited at one end and open at the other, the open end of the additional slot line being located on the outer boundary of the conductor slot transmission line (1) in a region that does not have contact with additional metal plates (8), and the length of a segment of the additional transmission slot line (11) is equal to a quarter of the wavelength in the decree transmission line.

Рассмотрим функционирование АР. В силу того, что АР является взаимным устройством ее можно рассматривать как в передающем, так и в приемном режимах. Рассмотрим работу АР на передачу. Пусть со стороны разъемов (6) элементарные излучатели АР возбуждаются сигналами, которые могут быть сформированы специальными элементами ФАР, в состав которой входит АР. Например, это могут быть многоканальный делитель мощности и система фазовращателей, которые позволяют произвольным образом устанавливать распределение фаз волн в выходных каналах делителя мощности.Consider the functioning of the AR. Due to the fact that the AR is a mutual device, it can be considered both in the transmitting and in the receiving modes. Consider the work of AR on the transfer. Suppose that from the side of the connectors (6) the elementary radiators of the AR are excited by signals that can be formed by special elements of the PAR, which includes the AR. For example, it can be a multi-channel power divider and a system of phase shifters that allow you to arbitrarily set the phase distribution of the waves in the output channels of the power divider.

Наиболее распространенным режимом работы ФАР является режим квазипериодического возбуждения, когда волны в соседних каналах имеют одинаковые амплитуды, а фазы волн зависят линейно от номеров каналов. Пусть номер n описывает положение канала вдоль оси 0x, а номер m вдоль оси 0y. Тогда комплексная амплитуда волны U_n,m в канале с номерами n и m записывается следующим образом:The most common mode of operation of the phased array is the quasiperiodic excitation mode, when the waves in adjacent channels have the same amplitudes, and the phases of the waves depend linearly on the channel numbers. Let the number n describe the position of the channel along the axis 0x, and the number m along the axis 0y. Then the complex wave amplitude U _{n, m} in the channel with numbers n and m is written as follows:

Где V - амплитуда волны в канале с нулевыми номерами, Δφ_x - сдвиг фазы по оси 0x, Δφ_y - сдвиг фазы по оси 0y. Пусть канал с нулевыми номерами расположен в начале координат.Where V is the wave amplitude in the channel with zero numbers, Δφ _x is the phase shift along the 0x axis, Δφ _y is the phase shift along the 0y axis. Let the channel with zero numbers be located at the origin.

Будем рассматривать наиболее интересную с практической точки зрения АР с большим коэффициентом направленного действия (КНД). Такие решетки имеют большие электрические размеры как по оси 0x, так и по оси 0y. Большие электрические размеры АР позволяют пренебречь краевыми эффектами, возникающими на ее границах и анализировать как бесконечную АР (см. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток. М.: Мир. 1974). В этом случае волноводная АР излучает в свободное пространство поле в виде плоских волн. Число таких волн зависит от периодов АР: P_x,y и длины волны в свободном пространстве λ на рабочей частоте f. Обычно периоды выбираются таким образом, чтобы в рабочем диапазоне частот и в секторе сканирования существовала одна излучаемая волна. В этом случае АР имеет один главный максимум ДН. Плоская волна может быть описана углами излучения θ, φ, которые зависят от фазовых сдвигов Δφ_x,y:We will consider the most interesting from a practical point of view AR with a large coefficient of directed action (KND). Such gratings have large electrical dimensions both along the 0x axis and along the 0y axis. The large electrical dimensions of the AR make it possible to neglect the edge effects arising at its boundaries and analyze it as an infinite AR (see Amitei N., Galindo V., Wu Ch. Theory and analysis of phased antenna arrays. M .: Mir. 1974). In this case, the waveguide AR emits a field in the form of plane waves into free space. The number of such waves depends on the periods of the AP: P _{x, y} and the wavelength in free space λ at the operating frequency f. Typically, the periods are selected so that in the operating frequency range and in the scanning sector there is one emitted wave. In this case, the AR has one main maximum of NAM. A plane wave can be described by radiation angles θ, φ, which depend on phase shifts Δφ _{x, y} :

,

Углы θ, φ вводятся в сферической системе координат стандартным образом: угол места θ отсчитывается от оси 0z, а азимутальный угол φ от оси 0x (см. фиг. 2). Отметим, что углы θ, φ определяют положение ГЛ ДН. Под сектором сканирования обычно понимается максимальное значение угла места θ_m:The angles θ, φ are introduced in a spherical coordinate system in a standard way: the elevation angle θ is measured from the axis 0z, and the azimuthal angle φ from the axis 0x (see Fig. 2). We note that the angles θ and φ determine the position of the GL of the DN. The scanning sector is usually understood as the maximum value of the elevation angle θ _m :

Условие отсутствия побочных максимумов ДН при сканировании, например в плоскости XOZ, выражается известным неравенством:The condition for the absence of incident side maxima of the pattern during scanning, for example, in the XOZ plane, is expressed by the well-known inequality:

Аналогичное соотношение может быть записано для сканирования в плоскости YOZ.A similar ratio can be recorded for scanning in the YOZ plane.

Модель бесконечной волноводной АР позволяет анализировать процесс излучения в свободное пространство с помощью модели решетки в виде, так называемого канала Флоке, который представляет собой период АР. Он показан на фиг. 6. На боковых стенках канала Флоке а, б и в, г выполняются граничные условия периодичности. Условия периодичности связывают поля на стенках а и б, а также в и г с помощью фазовых сдвигов Δφ_x,y или углов θ, φ, однозначно связанных с ними (см. формулы (2)). Модель в виде канала Флоке имеет два входа. Один вход - это реальный вход элементарного излучателя в виде коаксиального разъема (6), а другой вход - виртуальный в виде порта Флоке. Порт Флоке устанавливается в сечении канала Флоке P_f (см. фиг. 6).The model of an infinite waveguide AR allows one to analyze the process of radiation into free space using the lattice model in the form of the so-called Floquet channel, which represents the AR period. It is shown in FIG. 6. On the side walls of the Floquet channel a, b and c, d, the boundary conditions of periodicity are satisfied. The periodicity conditions connect the fields on the walls a and b, as well as c and d with the help of phase shifts Δφ _{x, y} or angles θ, φ, which are uniquely associated with them (see formulas (2)). The Floquet channel model has two inputs. One input is the real input of an elementary emitter in the form of a coaxial connector (6), and the other input is a virtual one in the form of a Floquet port. The Floquet port is installed in the section of the Floquet channel P _f (see Fig. 6).

Задавая углы излучения θ, φ и решая электродинамическую задачу для канала Флоке, мы можем найти его матрицу рассеяния, в частности, коэффициент отражения по входу элементарного излучателя R. Этот коэффициент отражения имеет смысл коэффициента отражения от АР, когда главный луч ее ДН ориентирован в свободном пространстве в направлении, задаваемом углами θ, φ. При выполнении неравенства (5) параметр R полностью характеризует эффективность излучения энергии из АР. С его помощью можно определить сектор сканирования решетки и полосу ее рабочих частот.By setting the radiation angles θ and φ and solving the electrodynamic problem for the Floquet channel, we can find its scattering matrix, in particular, the reflection coefficient at the input of the elementary radiator R. This reflection coefficient has the meaning of the reflection coefficient from AR when the main beam of its beam is oriented in free space in the direction given by the angles θ, φ. When inequality (5) is satisfied, the parameter R completely characterizes the efficiency of energy emission from the AR. With its help, it is possible to determine the scanning sector of the lattice and the band of its working frequencies.

Решение граничной задачи для канала Флоке можно получить с помощью современных средств электродинамического моделирования, таких, например, как High Frequency System Simulator (HFSS), которые являются надежным средством анализа СВЧ устройств и антенн. Подобные системы обеспечивают высокую достоверность расчетов, а численные эксперименты, проведенные с их помощью часто заменяют натурные эксперименты (см. Банков С.Е., Курушин А.А. Проектирование и оптимизация СВЧ структур с помощью HFSS Ansoft. M., Солон-Пресс, 2005, 240 с).The solution of the boundary problem for the Floquet channel can be obtained using modern electrodynamic modeling tools, such as, for example, High Frequency System Simulator (HFSS), which are a reliable means of analyzing microwave devices and antennas. Such systems provide high reliability of calculations, and numerical experiments performed with their help often replace field experiments (see Bankov S.E., Kurushin A.A. Design and optimization of microwave structures using HFSS Ansoft. M., Solon-Press, 2005, 240 s).

На фиг. 7 показан элементарный излучатель, выполненный известным образом. В нем отсутствуют дополнительные металлические стенки (8). Размеры элементарного излучателя также приведены на фиг. 7 в миллиметрах. Подложка (3) элементарного излучателя выполнена из материала RO 4350 В с относительной диэлектрической проницаемостью 3.66.In FIG. 7 shows an elementary emitter made in a known manner. It lacks additional metal walls (8). The dimensions of the elementary emitter are also shown in FIG. 7 in millimeters. The substrate (3) of the elementary radiator is made of material RO 4350 V with a relative dielectric constant of 3.66.

На фиг. 8 показана частотная зависимость модуля коэффициента отражения R от частоты, полученная для АР, составленной из элементарных излучателей с размерами, приведенными на фиг. 7. Кривая на фиг. 8 получена для углов излучения θ=φ=0. Из фиг. 8 видно, что в АР, выполненной известным образом, в среднем имеется весьма хорошее согласование на уровне - 20 дБ. Однако на некоторых частотах наблюдаются резкие всплески коэффициента отражения, который в максимумах достигает предельного значения в ноль дБ. Такой частотой в приведенном примере является частота 3.37 ГТц. Отметим, что всплеск коэффициента отражения имеется уже при нулевом угле отклонения главного луча ДН, то есть при θ=0.In FIG. 8 shows the frequency dependence of the reflection coefficient modulus R on the frequency obtained for an AR composed of elementary radiators with the dimensions shown in FIG. 7. The curve in FIG. 8 was obtained for radiation angles θ = φ = 0. From FIG. Figure 8 shows that in the AR, made in a known manner, on average there is a very good agreement at the level of - 20 dB. However, at some frequencies there are sharp bursts of reflection coefficient, which at maximum reaches a limit value of zero dB. Such a frequency in the above example is a frequency of 3.37 GTZ. Note that a reflection coefficient burst already exists at a zero deflection angle of the main beam of the beam, that is, at θ = 0.

На фиг. 9 показано распределение интенсивности напряженности электрического поля на периоде АР на частоте резонанса 3.37 ГТц. На этой частоте наблюдается резонанс АР и поэтому исследуемое поле преимущественно является полем паразитного колебания. Видно, что оно концентрируется внутри периода. При этом максимума оно достигает вблизи прямоугольной металлической пластины (7). Это говорит о том, что доминирующей является компонента поля E_z, которая перпендикулярна прямоугольной металлической пластине (7) и в силу граничных условий имеет на ней максимум. Вблизи подложки (3) поле паразитного колебания уменьшается, так как компонента E_z параллельна проводниками (2) щелевой линии (1) передачи и в силу граничных условий обращается на их поверхностях в нуль.In FIG. Figure 9 shows the intensity distribution of the electric field intensity over the AR period at a resonance frequency of 3.37 GHz. At this frequency, an AR resonance is observed, and therefore the field under investigation is predominantly a field of spurious oscillations. It can be seen that it is concentrated within the period. In this case, it reaches a maximum near a rectangular metal plate (7). This suggests that the field component E _z is dominant, which is perpendicular to a rectangular metal plate (7) and, due to boundary conditions, has a maximum on it. Near the substrate (3), the field of spurious oscillations decreases, since the component E _{z is} parallel to the conductors (2) of the transmission slot line (1) and, due to the boundary conditions, vanishes on their surfaces.

На фиг. 10 показан элементарный излучатель, в который введены дополнительные металлические пластины (8). При этом длина дополнительных металлических пластин (8) L вдоль оси 0z равна длине подложке (3) L_s щелевой линии передачи (1). Толщина указанных пластин t выбрана из условия:In FIG. 10 shows an elementary radiator into which additional metal plates (8) are inserted. In this case, the length of the additional metal plates (8) L along the axis 0z is equal to the length of the substrate (3) L _{s of the} slot transmission line (1). The thickness of these plates t is selected from the condition:

Выполнение условия (5) обеспечивает идеальный электрический контакт между дополнительными металлическими пластинами (8) соседних элементарных излучателей, подложки (3) которых расположены в одной плоскости.The fulfillment of condition (5) provides ideal electrical contact between additional metal plates (8) of neighboring elementary radiators, the substrates (3) of which are located in the same plane.

Ширина дополнительных металлических пластин (8) T выбрана равной периоду АР P_y. В этом случае идеальный электрический контакт достигается также между дополнительными металлическими стенками (8) соседних элементарных излучателей, подложки (3) которых лежат в разных плоскостях.The width of the additional metal plates (8) T is chosen equal to the period AP P _y . In this case, an ideal electrical contact is also achieved between the additional metal walls (8) of the neighboring elementary emitters, the substrates (3) of which lie in different planes.

Также из фиг. 10 видно, что дополнительные металлические пластины (8) имеют электрический контакт с прямоугольной металлической пластиной (7) и с проводниками (2) щелевой линии (1) передачи. Кроме того, прямоугольная металлическая пластина (7) имеет электрический контакт с проводником короткозамыкателя (4).Also from FIG. 10 it can be seen that the additional metal plates (8) have electrical contact with the rectangular metal plate (7) and with the conductors (2) of the transmission slot line (1). In addition, the rectangular metal plate (7) is in electrical contact with the short-circuit conductor (4).

На фиг. 11 показана частотная зависимость модуля коэффициента отражения R. Кривые 12-23 получены для АР с элементарными излучателями, показанными на фиг. 10. Размеры АР приведены на фиг. 7. Кривые 12-19 получены для АР сканирующей в плоскости YOZ (φ=90°) при θ=0-55° с шагом в 5°. Видно, что на некоторых частотах модуль коэффициента отражения обращается в единицу. Эти частоты зависят от угла сканирования θ. Они соответствуют условию (5), при выполнении которого появляется первый побочный максимум ДН. Таким образом, появление всплесков коэффициента отражения не связано с паразитными колебаниями. Оно обусловлено переходом АР из рабочего в нерабочий режим. Других всплесков, соответствующих «ослеплению» АР за счет возбуждения паразитных колебаний не наблюдается.In FIG. 11 shows the frequency dependence of the reflection coefficient modulus R. Curves 12-23 are obtained for ARs with elementary radiators shown in FIG. 10. The dimensions of the AP are shown in FIG. 7. Curves 12-19 were obtained for AR scanning in the YOZ plane (φ = 90 °) at θ = 0-55 ° with a step of 5 °. It can be seen that at some frequencies the modulus of the reflection coefficient turns to unity. These frequencies depend on the scan angle θ. They correspond to condition (5), upon fulfillment of which the first incident maximum of the DN appears. Thus, the appearance of reflection coefficient bursts is not associated with spurious oscillations. It is due to the transition of the AR from working to non-working mode. Other bursts corresponding to the "blinding" of the AR due to the excitation of spurious oscillations are not observed.

На фиг. 12 показана частотная зависимость модуля коэффициента отражения АР, сканирующей в ортогональной плоскости XOZ (φ=0°). Кривые 24-35 получены при θ=0-55° с шагом в 5°.In FIG. 12 shows the frequency dependence of the reflection coefficient modulus of an AR scanning in the orthogonal XOZ plane (φ = 0 °). Curves 24–35 were obtained at θ = 0–55 ° in increments of 5 °.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что АР, содержащая элементарные излучатели, выполненные в соответствии с основным вариантом, полностью подавляет паразитные колебания и позволяет получить в широкой полосе частот широкий сектор сканирования (достигающий 60°).Thus, we can conclude that the AR containing elementary emitters made in accordance with the main version completely suppresses spurious oscillations and allows to obtain a wide scanning sector (reaching 60 °) in a wide frequency band.

Недостатком АР, выполненной в соответствии с основным вариантом является большая масса, которая увеличивается за счет массы, дополнительных металлических пластин (8). Этот недостаток преодолевается во втором дополнительном варианте выполнения АР, в котором дополнительные металлические пластины (8) выполнены с размером L вдоль оси щелевой линии (1) передачи, который выбирается в соответствии с соотношением (1).The disadvantage of AR made in accordance with the main option is the large mass, which increases due to the mass, additional metal plates (8). This disadvantage is overcome in the second additional embodiment of the AR, in which additional metal plates (8) are made with size L along the axis of the transmission slot line (1), which is selected in accordance with relation (1).

Пределы, указанные в неравенстве (1), определяют область параметров, в которой происходит подавление паразитных типов колебаний на достаточном для практики уровне. Увеличение длины дополнительных металлических пластин (8) больше длины подложки (3) не имеет смысла, так как при этом уровень подавления паразитных колебаний не увеличивается, но масса АР растет. При укорочении дополнительных металлических пластин (8) уровень подавления паразитных колебаний увеличивается.The limits indicated in inequality (1) determine the range of parameters in which the parasitic types of oscillations are suppressed at a level practicable. An increase in the length of additional metal plates (8) more than the length of the substrate (3) does not make sense, since the level of suppression of spurious oscillations does not increase, but the mass of the AR increases. When shortening additional metal plates (8), the level of suppression of spurious oscillations increases.

На фиг. 13 показана частотная зависимость модуля коэффициента отражения. Кривые 36-40 получены для параметров АР приведенных выше за исключением длины L дополнительных металлических пластин (8) L=(0,0.3,0.5,0.7Д)L_s. Видно, что с увеличением длины дополнительных металлических пластин (8) амплитуда и ширина всплесков коэффициента отражения уменьшаются и в диапазоне, который определяется неравенством (1) они уже слабо влияют на работу решетки. При этом возможно почти двукратное уменьшение массы устройства.In FIG. 13 shows the frequency dependence of the reflection coefficient modulus. Curves 36–40 were obtained for the AR parameters given above with the exception of the length L of additional metal plates (8) L = (0,0.3,0.5,0.7Д) L _s . It is seen that with an increase in the length of additional metal plates (8), the amplitude and width of the bursts of the reflection coefficient decrease and in the range determined by inequality (1) they already weakly affect the lattice operation. In this case, an almost twofold reduction in the mass of the device is possible.

На фиг. 14 показана частотная зависимость модуля коэффициента отражения от АР, полученная для АР с дополнительными металлическими пластинами (8) длиной L равной длине L_s подложки (3). Толщина дополнительных металлических пластин (8) меньше, чем толщина, определяемая условием (6). В этом случае при установке элементарных излучателей в АР между дополнительными металлическими пластинами (8) соседних элементарных излучателей с подложками (3), лежащими в общей плоскости, возникают зазоры равные 1 мм. Кривая на фиг. 14 получена для φ=90° и θ=50°. Сравнивая кривую 22 на фиг.11 и кривую на фиг. 14, нетрудно увидеть, что наряду с максимумом на частоте 3.619 ГГц, который имеет место на обоих кривых, на фиг. 14 наблюдается дополнительный максимум на частоте 3.418 ГГц. Таким образом, видно, что наличие зазоров между плоскостями дополнительных металлических пластин (8) соседних элементарных излучателей недопустимо.In FIG. 14 shows the frequency dependence of the reflection coefficient modulus on the AR obtained for an AR with additional metal plates (8) of length L equal to the length L _{s of the} substrate (3). The thickness of the additional metal plates (8) is less than the thickness determined by condition (6). In this case, when installing elementary radiators in the AR between additional metal plates (8) of adjacent elementary radiators with substrates (3) lying in a common plane, gaps equal to 1 mm arise. The curve in FIG. 14 was obtained for φ = 90 ° and θ = 50 °. Comparing curve 22 in FIG. 11 and the curve in FIG. 14, it is easy to see that, along with the maximum at a frequency of 3.619 GHz, which occurs on both curves, in FIG. 14, an additional maximum is observed at a frequency of 3.418 GHz. Thus, it is seen that the presence of gaps between the planes of additional metal plates (8) of neighboring elementary radiators is unacceptable.

В то же время расчеты показывают, что зазоры между торцами дополнительных металлических пластин (8) соседних элементарных излучателей слабо влияют на параметры АР.At the same time, the calculations show that the gaps between the ends of the additional metal plates (8) of the neighboring elementary radiators have a weak effect on the parameters of the AR.

Следует отметить, что с точки зрения удобства монтажа АР, а также замены отдельных модулей АР установка элементарных излучателей с надежным контактом по всей плоскости дополнительных металлических пластин (8) затруднительна, так как между ними возникает значительное трение, которое препятствует свободному удалению и установке модулей АР.It should be noted that from the point of view of ease of installation of the AR, as well as the replacement of individual AR modules, the installation of elementary radiators with reliable contact over the entire plane of additional metal plates (8) is difficult, since significant friction arises between them, which prevents the free removal and installation of AR modules .

Поэтому в соответствии с третьим дополнительным вариантом выполнения АР используется точечный контакт между дополнительными металлическими пластинами (8), который не создает большой силы трения, поскольку большая часть поверхности дополнительных металлических пластин (8) соседних элементарных излучателей не имеет контакта друг с другом. Контакт обеспечивается в точке (10) (см. фиг. 4) за счет выполнения дополнительных металлических пластин со специальной формой, которая создает надежный точечный электрический контакт. Точку (10) желательно максимально приблизить к краям дополнительных металлических пластин (8), не имеющим электрического контакта с прямоугольной металлической пластиной (7).Therefore, in accordance with the third additional embodiment of the AR, a point contact is used between the additional metal plates (8), which does not create a large friction force, since most of the surface of the additional metal plates (8) of the neighboring elementary radiators does not have contact with each other. Contact is provided at point (10) (see Fig. 4) due to the implementation of additional metal plates with a special shape, which creates a reliable point electrical contact. It is desirable to bring the point (10) as close as possible to the edges of the additional metal plates (8) that do not have electrical contact with a rectangular metal plate (7).

На фиг. 15 показана частотная зависимость модуля коэффициента отражения. Кривые 41-52 получены для АР, у которой дополнительные металлические пластины (8) соседних элементарных излучателей с подложками (3), лежащими в одной плоскости установлены с зазором 1 мм. Точечный контакт который находится на расстоянии 1 мм от края дополнительной металлической пластины (8). Длина дополнительных металлических пластин (8) равна 0.65 от длины подложки (3) щелевой линии передачи (1).In FIG. 15 shows the frequency dependence of the reflection coefficient modulus. Curves 41-52 were obtained for an AR, in which additional metal plates (8) of neighboring elementary radiators with substrates (3) lying in the same plane are installed with a gap of 1 mm. A point contact which is 1 mm from the edge of an additional metal plate (8). The length of the additional metal plates (8) is 0.65 of the length of the substrate (3) of the slotted transmission line (1).

Видно, что кривые 41-52 на фиг. 15 практически не отличаются от кривых 12-23 на фиг. 11, которые соответствуют идеальному контакту по всей поверхности дополнительных металлических пластин (8).It can be seen that curves 41-52 in FIG. 15 practically do not differ from curves 12-23 in FIG. 11, which correspond to perfect contact over the entire surface of additional metal plates (8).

Из фиг. 13 видно, что уменьшение длины дополнительных металлических пластин (8), в том числе выполненное в соответствии с неравенством (1), оставляет возможность возбуждения паразитных колебаний в АР. Дальнейшее их подавление без увеличения длины дополнительных металлических пластин (8) возможно при использовании АР, выполненной по четвертому дополнительному варианту, в котором в каждом из двух проводников щелевой линии (1) передачи выполнены отрезки дополнительных щелевых линий (11) передачи, которые на одном конце выполнены короткозамкнутыми, а на другом разомкнутыми, причем разомкнутые концы отрезков дополнительных щелевых линий (11) передачи располагаются на внешних границах проводников (2) щелевой линии (1) передачи в области, не имеющей контакта с дополнительными металлическими пластинами (8), а длина отрезков дополнительных щелевых линий (11) передачи равна четверти длины волны в указанной линии передачи.From FIG. 13 it can be seen that reducing the length of the additional metal plates (8), including that performed in accordance with inequality (1), leaves the possibility of excitation of spurious oscillations in the AR. Their further suppression without increasing the length of the additional metal plates (8) is possible when using the AR made according to the fourth additional embodiment, in which in each of the two conductors of the transmission slot line (1) there are segments of additional transmission slot lines (11) that are at one end are made short-circuited and open on the other, and the open ends of the segments of additional slotted transmission lines (11) are located on the outer borders of the conductors (2) of the transmission slotted line (1) in a region without conductive contact with additional metallic plates (8) and the additional length of the segments slit lines (11) transfer equal to a quarter wavelength of said transmission line.

При выборе длины дополнительных металлических пластин (8) в соответствии с неравенством (1) в АР между проводниками (2) соседних элементарных излучателей, которые имеют подложки (3), расположенные в одной плоскости, возникает зазор длиной L_s-L (см. фиг. 16). Этот зазор играет роль паразитной щелевой линии передачи (53), которая в одиночном элементарном излучателе отсутствует. Она возникает только в решетке. Указанная паразитная щелевая линия передачи (53) короткозамкнута на одном конце и разомкнута на другом. Поэтому она может выполнять функцию высокодобротного электромагнитного резонатора. Возбуждение его колебаний приводит к искажению частотной характеристики АР.When choosing the length of additional metal plates (8) in accordance with inequality (1) in the AR between the conductors (2) of the neighboring elementary emitters, which have substrates (3) located in the same plane, a gap of length L _s -L arises (see Fig. . 16). This gap plays the role of a spurious slot transmission line (53), which is absent in a single elementary radiator. It arises only in the lattice. The specified spurious slot transmission line (53) is shorted at one end and open at the other. Therefore, it can serve as a high-Q electromagnetic resonator. The excitation of its oscillations leads to a distortion of the frequency response of the AR.

Средством подавления колебаний указанного резонатора являются дополнительные щелевые линии (11) передачи (см. фиг. 5), которые короткозамкнуты на одном конце и разомкнуты на другом. Разомкнутые концы дополнительных щелевых линий (11) передачи располагаются на внешних границах проводников (2), которые образуют паразитную щелевую линию (53) передачи между двумя элементарными излучателями.The means for suppressing vibrations of the indicated resonator are additional slot transmission lines (11) (see FIG. 5), which are short-circuited at one end and open at the other. The open ends of the additional slotted transmission lines (11) are located on the outer edges of the conductors (2), which form a spurious slotted transmission line (53) between two elementary emitters.

Поскольку длина дополнительных щелевых линий (11) передачи равна четверти длины волны в указанных линиях передачи, то нагрузка в виде короткого замыкания с нулевым сопротивлением пересчитывается к внешним границам проводников (2) в нагрузку типа холостой ход с бесконечным реактивным сопротивлением. Таким образом, паразитная щелевая линия (53) передачи оказывается разорванной в месте подключения к ней дополнительных щелевых линий (11) передачи. Благодаря этому токи, которые возбуждаются на разомкнутом конце паразитной щелевой линии передачи не проникают внутрь резонатора. В результате его колебания оказываются дополнительно подавленными.Since the length of the additional slotted transmission lines (11) is equal to a quarter of the wavelength in the indicated transmission lines, the load in the form of a short circuit with zero resistance is converted to the external boundaries of the conductors (2) into an idle load with infinite reactance. Thus, the parasitic slit transmission line (53) is broken at the point of connection of additional slot transmission lines (11) to it. Due to this, the currents that are excited at the open end of the parasitic slit transmission line do not penetrate into the cavity. As a result, its oscillations are further suppressed.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed utility model:

- антенное устройство, воплощающее заявленное изобретение, предназначено для использовании в промышленности, а именно, в технике антенн, например в качестве элемента приемной или передающей ФАР или ЦАР радиолокатора;- an antenna device embodying the claimed invention is intended for use in industry, namely, in the technique of antennas, for example, as an element of a receiving or transmitting PAR or CAR radar;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств;- for the claimed device in the form as described in the independent paragraph of the stated utility model formula, the possibility of its implementation using the means described in the application is confirmed;

- антенное устройство, воплощающее заявленное изобретение, позволяет реализовать следующий технический результат: расширить сектор сканирования ФАР и ЦАР с электронным управлением в широкой полосе частот.- the antenna device embodying the claimed invention allows to realize the following technical result: to expand the scanning sector of the PAR and CAR with electronic control in a wide frequency band.

Claims

1. An antenna array containing elementary radiators, elementary radiators are made identical in the form of slotted transmission lines and rectangular metal plates, slotted transmission lines are smoothly expanding, the axes of slotted transmission lines are perpendicular to the plane of the antenna array at nodes of a rectangular coordinate grid, orthogonal lines of a rectangular coordinate grid parallel to the coordinate axes Ox and Oy, the substrates of the slotted transmission lines are parallel to the XOZ plane, the edges of rectangular metal platelets are parallel to the axes Ox and Oy, characterized in that, in order to expand the scanning sector of the antenna array in a wide frequency band, two additional metal plates are introduced into the elementary radiator, which are perpendicular to the XOZ plane and are located symmetrically with respect to the plane parallel to the YOZ plane passing through axis of the slotted transmission line, additional metal plates have electrical contact with a rectangular metal plate, and conductors of the slotted transmission line and made with electrical contact with these additional metal plates.

2. The antenna array according to claim 1, characterized in that the additional metal plates are made with size L along the axis of the slotted transmission line, which is selected in accordance with the following ratio:

where L _s is the size of the substrate slit transmission line along the axis 0z.

3. The antenna array according to claim 2, characterized in that the additional metal plates of adjacent elementary radiators, in which the substrates of the slit transmission lines lie in a common plane, have electrical contact at least at one point, and the additional metal plates of adjacent elementary radiators , in which the substrates of the slotted transmission lines lie in different planes, are installed with a gap.

4. The antenna array according to claim 1, characterized in that at least one segment of an additional slotted transmission line is made in each of the two conductors of the slotted transmission line, which is short-circuited at one end and open at the other, with an open end the length of the length of the length of the additional length of the slit line is located on the outer boundary of the conductor of the length of the transmission line in the region that does not have contact with the additional metal plate, and the length of the length of the length of the length of the additional length of the transmission line is a quarter specified transmission line.