RU167147U1 - TRANSREFLECTOR - Google Patents
TRANSREFLECTOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU167147U1 RU167147U1 RU2016129875/28U RU2016129875U RU167147U1 RU 167147 U1 RU167147 U1 RU 167147U1 RU 2016129875/28 U RU2016129875/28 U RU 2016129875/28U RU 2016129875 U RU2016129875 U RU 2016129875U RU 167147 U1 RU167147 U1 RU 167147U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dielectric
- annular
- translucent
- transreflector
- wave
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
1. Трансрефлектор, содержащий систему из полноволновых кольцевых зон, включающую ограниченные концентрическими окружностями радиопрозрачные и полупрозрачные кольцевые зоны, расположенные на диэлектрической подложке и имеющие одинаковую ориентацию, ширину W и период расположения S металлических полосок полупрозрачных кольцевых зон, отличающийся тем, что каждая полноволновая кольцевая зона является полупрозрачной кольцевой зоной, состоящей из полупрозрачных кольцевых подзон, максимальное количество которых в одной полноволновой зоне равно параметру дискретизации фазы М=3, 4…, причем внутренний радиус концентрической окружности, ограничивающей полупрозрачную кольцевую подзону, является внешним радиусом концентрической окружности предыдущей кольцевой подзоны, при этом полупрозрачные кольцевые подзоны расположены не менее чем на М-1 параллельных плотно прилегающих друг к другу диэлектрических подложках толщинойгде λ- длина волны в свободном пространстве;М=3, 4… - параметр дискретизации фазы;ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрической подложки;p=1, 2, 3… - номер диэлектрической подложки;q=0, 1, 2… - коэффициент толщины p-й диэлектрической подложки,так, что полупрозрачная кольцевая подзона отражает электромагнитную волну с фазовой задержкой, равной, где- длина волны в диэлектрической подложке, по отношению к полупрозрачным кольцевым подзонам, расположенным на соседних диэлектрических подложках,при этом суммарная толщина hвсех диэлектрических слоев соответствует условию, где u=1, 2, 3… - коэффициент пропорциональности.2. Трансрефлектор по п. 1, отличающийся тем, что содержит дополнительный слой диэлектрического материала,1. Transreflector containing a system of full-wave annular zones, including bounded by concentric circles, translucent and translucent annular zones located on a dielectric substrate and having the same orientation, width W and the period of arrangement S of metal strips of translucent annular zones, characterized in that each full-wave annular zone is a translucent annular zone, consisting of translucent annular subzones, the maximum number of which in one full-wave zone e is equal to the phase discretization parameter M = 3,4 ..., the inner radius of the concentric circle bounding the semitransparent annular subzone is the outer radius of the concentric circle of the previous annular subzone, while the semitransparent annular subbands are located at least on M-1 parallel tightly adjacent to each other to other dielectric substrates with a thickness where λ is the wavelength in free space; M = 3, 4 ... is the phase sampling parameter; ε is the dielectric constant of the dielectric substrate; p = 1, 2, 3 ... is the number q = 0, 1, 2 ... is the thickness coefficient of the pth dielectric substrate, so that the semitransparent ring subband reflects an electromagnetic wave with a phase delay equal to, where is the wavelength in the dielectric substrate with respect to the semitransparent ring subbands, located on adjacent dielectric substrates, while the total thickness h of all dielectric layers corresponds to the condition where u = 1, 2, 3 ... is the proportionality coefficient. 2. Transreflector according to claim 1, characterized in that it contains an additional layer of dielectric material,
Description
Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использована в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн, например, в двухзеркальных антеннах с поворотом плоскости поляризации.The utility model relates to the field of radio engineering, in particular to antenna technology, and can be used in the centimeter and millimeter wavelength ranges, for example, in two-mirror antennas with rotation of the plane of polarization.
Известен трансрефлектор [1], представляющий собой диэлектрическую поверхность параболической формы, на внутренней стороне которой расположены с периодом , где λ0 - длина волны в свободном пространстве, и шириной W<S параллельные друг другу металлические полоски.Known transreflector [1], which is a dielectric surface of a parabolic shape, on the inside of which are located with a period , where λ 0 is the wavelength in free space, and with a width W <S, metal strips parallel to each other.
Недостатком этого трансрефлектора является сложность его изготовления, обусловленная криволинейной поверхностью и жесткими требованиями к ее профилю, а также большой объем, занимаемый трансрефлектором.The disadvantage of this transreflector is the complexity of its manufacture, due to the curved surface and stringent requirements for its profile, as well as the large volume occupied by the transreflector.
Наиболее близким по назначению, количеству совпадающих признаков к заявленному устройству является трансрефлектор [2], выбранный в качестве прототипа. Устройство - прототип состоит из системы параллельных металлических проводников с периодом , где λ0 - длина волны в свободном пространстве, расположенных на плоской диэлектрической подложке толщиной , где λд - длина волны в диэлектрике, образующих полупрозрачную решетку. На противоположной стороне диэлектрической подложки расположена система из последовательно чередующихся полупрозрачных и радиопрозрачных кольцевых зон, ограниченных концентрическими окружностями, при этом ориентация металлических проводников, ширина W и период расположения проводников S полупрозрачных кольцевых зон и решетки, расположенных на противоположных сторонах плоской диэлектрической поверхности, одинаковы. С наружной стороны полупрозрачной решетки расположен слой диэлектрического материала толщиной равной , где n=1, 3, 5…, λд - длина волны в диэлектрике.The closest in purpose, the number of matching signs to the claimed device is a transreflector [2], selected as a prototype. Device - prototype consists of a system of parallel metal conductors with a period where λ 0 is the wavelength in free space located on a flat dielectric substrate with a thickness where λ d is the wavelength in the dielectric, forming a translucent lattice. On the opposite side of the dielectric substrate there is a system of sequentially alternating translucent and radiolucent annular zones bounded by concentric circles, with the orientation of the metal conductors, the width W and the period of the conductors S of the semitransparent annular zones and the lattice located on opposite sides of the flat dielectric surface. On the outside of the translucent lattice is a layer of dielectric material with a thickness equal to where n = 1, 3, 5 ..., λ d is the wavelength in the dielectric.
Основным недостатком устройства - прототипа является низкая фазовая эффективность, не превышающая значение 0.41, обусловленная высокой величиной дискретизации фазовой задержки, равной 180°, формируемого плоского фронта, отраженного от зонной поверхности устройства при падении на нее сферической электромагнитной волны.The main disadvantage of the prototype device is its low phase efficiency, not exceeding the value of 0.41, due to the high discretization of the phase delay equal to 180 ° of the formed flat front reflected from the zone surface of the device when a spherical electromagnetic wave is incident on it.
Технический результат от использования заявленной полезной модели заключается в повышении фазовой эффективности, обуславливающей повышение коэффициента направленного действия и снижение уровня боковых лепестков.The technical result from the use of the claimed utility model is to increase the phase efficiency, which leads to an increase in the coefficient of directional action and a decrease in the level of side lobes.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом трансрефлекторе, содержащем систему из полноволновых кольцевых зон, включающую ограниченные концентрическими окружностями радиопрозрачные и полупрозрачные кольцевые зоны, расположенные на диэлектрической подложке и имеющие одинаковую ориентацию, ширину W и период расположения S металлических полосок полупрозрачных кольцевых зон, в отличие от прототипа, каждая полноволновая кольцевая зона является полупрозрачной кольцевой зоной, состоящей из полупрозрачных кольцевых подзон, максимальное количество которых в одной полноволновой зоне равно параметру дискретизации фазы М=3,4…, причем внутренний радиус концентрической окружности, ограничивающей полупрозрачную кольцевую подзону, является внешним радиусом концентрической окружности предыдущей кольцевой подзоны. При этом полупрозрачные кольцевые подзоны расположены не менее чем на М-1 параллельных плотно прилегающих друг к другу диэлектрических подложках толщинойThe specified technical result is achieved by the fact that in the inventive transreflector containing a system of full-wave annular zones, including radio-transparent and translucent annular zones bounded by concentric circles located on a dielectric substrate and having the same orientation, width W and the period of arrangement S of metal strips of translucent annular zones, in unlike the prototype, each full-wave annular zone is a translucent annular zone consisting of a translucent annular x subzones, the maximum number of which in one full-wave zone is equal to the phase discretization parameter M = 3.4 ..., and the inner radius of the concentric circle bounding the translucent ring subzone is the outer radius of the concentric circle of the previous ring subzone. In this case, translucent ring subbands are located at least on M-1 parallel dielectric substrates that are closely adjacent to each other with a thickness of
, ,
где: λ0 - длина волны в свободном пространстве;where: λ 0 is the wavelength in free space;
М=3, 4… - параметр дискретизации фазы;M = 3, 4 ... - phase discretization parameter;
ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрической подложки;ε is the dielectric constant of the dielectric substrate;
p=1, 2, 3… - номер диэлектрической подложки;p = 1, 2, 3 ... is the number of the dielectric substrate;
q=0, 1, 2… - коэффициент толщины p-ой диэлектрической подложки, так, что полупрозрачная кольцевая подзона отражает электромагнитную волну с фазовой задержкой равной , где - длина волны в диэлектрической подложке, по отношению к полупрозрачным кольцевым подзонам, расположенным на соседних диэлектрических подложках, при этом суммарная толщина hΣ всех диэлектрических слоев соответствует условию , где u=1, 2, 3… - коэффициент пропорциональности.q = 0, 1, 2 ... is the thickness coefficient of the pth dielectric substrate, so that the translucent ring subband reflects an electromagnetic wave with a phase delay equal to where - the wavelength in the dielectric substrate, in relation to the translucent annular subbands located on adjacent dielectric substrates, while the total thickness h Σ of all dielectric layers corresponds to the condition where u = 1, 2, 3 ... is the coefficient of proportionality.
Выбор толщины hp диэлектрических подложек определяется требованиями к прочности и жесткости трансрефлектора. Подложки могут быть как минимальными по толщине и равными , при q=0, например, в сантиметровом диапазоне длин волн, так и разными по толщине , например, в миллиметровом диапазоне волн. Расположение полупрозрачных кольцевых подзон и выбранная толщина подложек обеспечивают фазовую задержку, равную при параметре дискретизации фазы электромагнитной волны, равном M.The choice of the thickness h p of the dielectric substrates is determined by the requirements for the strength and rigidity of the transreflector. Substrates can be both minimal in thickness and equal , for q = 0, for example, in the centimeter wavelength range, and different in thickness , for example, in the millimeter wave range. The location of the translucent annular subbands and the selected thickness of the substrates provide a phase delay equal to with the phase sampling parameter of the electromagnetic wave equal to M.
Величина фазовой задержки выбирается исходя из оптимальной аппроксимации падающего сферического фазового фронта от облучателя, расположенного в фокусе трансрефлектора, преобразуемого в дискретный плоский фазовый фронт.The magnitude of the phase delay is selected based on the optimal approximation of the incident spherical phase front from the irradiator located at the focus of the transreflector converted to a discrete flat phase front.
Параметр дискретизации фазы М=3,4… определяет степень приближения отраженной от трансрефлектора дискретной электромагнитной волны к монотонной линии и выбирается наиболее оптимальным для повышения фазовой эффективности за счет снижения фазовых ошибок.The phase sampling parameter M = 3.4 ... determines the degree of approximation of the discrete electromagnetic wave reflected from the transreflector to the monotonous line and is selected as the most optimal for increasing phase efficiency by reducing phase errors.
Для обеспечения наилучшего прохождения электромагнитной волны через трансрефлектор и уменьшения искажений диаграммы направленности паразитными отражениями волны от границ раздела двух сред (воздух-диэлектрик и диэлектрик-воздух) должно выполняться условие равенства суммарной толщины hΣ всех диэлектрических подложек (диэлектрических слоев) трансрефлектора величине , что приводит к снижению потерь при прохождении сигала и уменьшению боковых лепестков диаграммы направленности.In order to ensure the best possible passage of the electromagnetic wave through the transreflector and to reduce distortion of the radiation pattern by parasitic wave reflections from the interfaces of two media (air-dielectric and dielectric-air), the condition of equal total thickness h Σ of all dielectric substrates (dielectric layers) of the transreflector to be equal to , which leads to a decrease in losses during the passage of the sigal and a decrease in the side lobes of the radiation pattern.
При этом, если количество диэлектрических подложек, каждая из которых имеет толщину , равно М, то их суммарная толщина hΣ всегда будет удовлетворять условию .Moreover, if the number of dielectric substrates, each of which has a thickness is equal to M, then their total thickness h Σ will always satisfy the condition .
Если количество диэлектрических подложек не равно величине М, например, при расположении полупрозрачных кольцевых подзон с обеих сторон диэлектрической подложки, необходимо дополнить трансрефлектор диэлектрическим слоем с диэлектрической проницаемостью, равной диэлектрической проницаемости подложек и толщиной, равной , где q=0, 1, 2… - коэффициент толщины дополнительного слоя диэлектрического материала.If the number of dielectric substrates is not equal to the value of M, for example, when translucent ring subbands are located on both sides of the dielectric substrate, it is necessary to supplement the transreflector with a dielectric layer with a dielectric constant equal to the dielectric constant of the substrates and a thickness equal to where q = 0, 1, 2 ... is the thickness coefficient of the additional layer of dielectric material.
Возможна модификация заявляемого трансрефлектора, в которой для уменьшения паразитных отражений от границы раздела воздух-трансрефлектор, трансрефлектор-воздух с внешних сторон заявляемого трансрефлектора установлены согласующие диэлектрические пластины из однородного диэлектрического материала с диэлектрической проницаемостью ,A modification of the inventive transreflector is possible, in which matching dielectric plates of a uniform dielectric material with a dielectric constant are installed on the outer sides of the inventive transreflector to reduce stray reflections from the air-transreflector, transreflector-air interface ,
где:Where:
εсогл - диэлектрическая проницаемость согласующей пластины;ε acc. is the dielectric constant of the matching plate;
ε0 - диэлектрическая проницаемость воздушного пространства;ε 0 - dielectric constant of air space;
ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрических подложек,ε is the dielectric constant of dielectric substrates,
и толщиной равной .and equal to .
Предложенная совокупность существенных признаков обеспечивает уменьшение фазовых ошибок, что приводит к повышению фазовой эффективности трансрефлектора, обуславливающей повышение коэффициента направленного действия и снижение уровня боковых лепестков.The proposed set of essential features provides a reduction in phase errors, which leads to an increase in the phase efficiency of the transreflector, which leads to an increase in the coefficient of directional action and a decrease in the level of side lobes.
Сущность технического решения поясняется приведенными рисунками и диаграммами:The essence of the technical solution is illustrated by the figures and diagrams:
Фиг. 1 - схематическое изображение плоского многослойного трансрефлектора;FIG. 1 is a schematic illustration of a planar multilayer transreflector;
Фиг. 2 - схематическое изображение трансрефлектора с согласующими диэлектрическими пластинами;FIG. 2 is a schematic representation of a transreflector with matching dielectric plates;
Фиг. 3 - схематическое изображение трансрефлектора с параметром дискретизации фазы М=4;FIG. 3 is a schematic representation of a transreflector with a phase sampling parameter of M = 4;
Фиг. 4 - диаграммы направленности в E - плоскости при работе трансрефлектора в режиме отражения падающей сферической электромагнитной волны от устройства-прототипа (Сплошная линия) и от заявляемого трансрефлектора (Фиг. 1) (Штриховая линия);FIG. 4 - radiation patterns in the E - plane when the transreflector is in reflection mode of the incident spherical electromagnetic wave from the prototype device (solid line) and from the inventive transreflector (Fig. 1) (dashed line);
Фиг. 5 - диаграммы направленности в H - плоскости при работе трансрефлектора в режиме отражения падающей сферической электромагнитной волны от устройства-прототипа (Сплошная линия) и от заявляемого трансрефлектора (Фиг. 1) (Штриховая линия);FIG. 5 - radiation patterns in the H - plane when the transreflector is in reflection mode of the incident spherical electromagnetic wave from the prototype device (solid line) and from the inventive transreflector (Fig. 1) (dashed line);
Фиг. 6 - диаграммы направленности в E - плоскости при работе трансрефлектора в режиме прохождения падающей сферической электромагнитной волны через устройство-прототип (Сплошная линия) и через заявляемый трансрефлектор (Фиг. 1) (Штриховая линия);FIG. 6 - radiation patterns in the E - plane when the transreflector is operating in the mode of passage of the incident spherical electromagnetic wave through the prototype device (solid line) and through the inventive transreflector (Fig. 1) (dashed line);
Фиг. 7 - диаграммы направленности в Н - плоскости при работе трансрефлектора в режиме прохождения падающей сферической электромагнитной волны через устройство - прототип (Сплошная линия) и через заявляемый трансрефлектор (Фиг. 1) (Штриховая линия).FIG. 7 - radiation patterns in the H - plane when the transreflector is operating in the mode of passage of an incident spherical electromagnetic wave through the prototype device (solid line) and through the inventive transreflector (Fig. 1) (dashed line).
Заявляемый трансрефлектор (Фиг. 1), выполненный в виде многослойной структуры 1 с полноволновыми кольцевыми зонами, включает ограниченные концентрическими окружностями радиопрозрачные и полупрозрачные кольцевые зоны, имеющие одинаковую ориентацию, ширину W и период расположения S металлических полосок полупрозрачных кольцевых зон. Каждая i-я полноволновая кольцевая зона является полупрозрачной кольцевой зоной, где i=0, 1, 2… - номер полноволновой полупрозрачной кольцевой зоны, состоящей из полупрозрачных кольцевых подзон Френеля 2, 3, 4… с номером подзоны j=1, 2, 3…М, максимальное количество которых в одной полноволновой зоне равно параметру дискретизации фазы М=3,4…The inventive transreflector (Fig. 1), made in the form of a
Внутренний радиус концентрической окружности, ограничивающей полупрозрачную кольцевую подзону с номером j, является внешним радиусом концентрической окружности предыдущей кольцевой подзоны с номером j-1, например, внутренний радиус концентрической окружности, ограничивающей полупрозрачную кольцевую подзону 3 с номером j=2, является внешним радиусом концентрической окружности предыдущей кольцевой подзоны 2 с номером j=l, соответственно, внутренний радиус кольцевой подзоны 4 с номером j=3, является внешним радиусом предыдущей кольцевой подзоны 3 с номером j=2.The inner radius of the concentric circle bounding the translucent ring subzone with number j is the outer radius of the concentric circle of the previous ring subzone with number j-1, for example, the inner radius of the concentric circle bounding the
Полупрозрачные кольцевые подзоны 2, 3, 4… с номером подзоны j=1, 2, 3…M расположены не менее чем на М-1 параллельных плотно прилегающих друг к другу диэлектрических подложках 5, 6, 7,…М-1, толщиной
где: λ0 - длина волны в свободном пространстве;where: λ 0 is the wavelength in free space;
М=3, 4… - параметр дискретизации фазы;M = 3, 4 ... - phase discretization parameter;
ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрической подложки;ε is the dielectric constant of the dielectric substrate;
p=1, 2, 3… - номер диэлектрической подложки;p = 1, 2, 3 ... is the number of the dielectric substrate;
q=0, 1, 2… - коэффициент толщины p-ой диэлектрической подложки. При этом все кольцевые подзоны с одинаковыми номерами j, входящие в состав любой полноволновой полупрозрачной кольцевой зоны i, расположены на одной соответствующей диэлектрической подложке с номером p и разделены между собой радиопрозрачными зонами. Например, кольцевые подзоны 3 с номером j=2 во всех полноволновых полупрозрачных кольцевых зонах i расположены на одной стороне диэлектрической подложки 5 с номером p=1, соответственно, кольцевые подзоны 4 с номером j=3 во всех полноволновых полупрозрачных кольцевых зонах i расположены на соответствующей подложке 6 номером p=2.q = 0, 1, 2 ... is the thickness coefficient of the pth dielectric substrate. Moreover, all ring subbands with the same numbers j, which are part of any full-wave translucent ring zone i, are located on the same corresponding dielectric substrate with number p and are separated by radio-transparent zones. For example,
Полупрозрачные кольцевые подзоны 2, 3, 4… с номером подзоны j=1, 2, 3…M выполнены с возможностью отражать электромагнитную волну с фазовой задержкой, равной , где - длина волны в диэлектрической подложке, по отношению к полупрозрачным кольцевым подзонам, расположенным на соседних диэлектрических подложках.
При падении и отражении электромагнитной волны полупрозрачные кольцевые подзоны 3 с номером j=2, расположенные на диэлектрической подложке 5 с номером p=1, обеспечивают фазовые задержки, равные , где λд - длина волны в диэлектрической подложке, М=3,4… - параметр дискретизации фазы, по отношению к полупрозрачным кольцевым подзонам 2 с номером j=1, принятым за опорные, а полупрозрачные кольцевые подзоны 4 с номером j=3, расположенные на диэлектрической подложке 6 с номером p=2, обеспечивают фазовую задержку по отношению к полупрозрачным кольцевым подзонам 2 с номером j=l, полупрозрачные кольцевые подзоны с номером j=M, расположенные на М-1 диэлектрической подложке, обеспечивают фазовую задержку по отношению к полупрозрачным кольцевым подзонам 2 с номером j=1.When the electromagnetic wave is incident and reflected,
Полупрозрачные кольцевые подзоны образуют в апертуре трансрефлектора I=i+1 полноволновых полупрозрачных кольцевых зон (Фиг. 1). Количество I полноволновых полупрозрачных кольцевых зон определяется диаметром D трансрефлектора и фокусным расстоянием F и равно: ,Translucent ring subzones form in the aperture of the transreflector I = i + 1 full-wave translucent ring zones (Fig. 1). The number I of full-wave translucent annular zones is determined by the diameter D of the transflector and the focal length F and is equal to: ,
при этом радиусы rij полупрозрачных кольцевых подзон равны [3]:the radii r ij of the translucent annular subbands are equal [3]:
. .
Трансрефлектор может содержать дополнительный слой диэлектрического материала 8, прилегающий к полупрозрачным кольцевым подзонам 2, принятым за опорные. Дополнительный слой диэлектрического материала 8 имеет диэлектрическую проницаемость, равную диэлектрической проницаемости диэлектрических подложек 5, 6, 7,…М-1, а его толщина составляет , где q=0, 1, 2… - коэффициент толщины дополнительного слоя диэлектрического материала.The transreflector may contain an additional layer of
Суммарная толщина hΣ всех диэлектрических подложек 5, 6, 7,…М-1 без использования дополнительного слоя диэлектрического материала 8 соответствует условию где u=1, 2, 3… - коэффициент пропорциональности. В случае использования дополнительного слоя 8 суммарная толщина hΣ всех диэлектрических слоев 8, 5, 6, 7, …М-1 также соответствует условию .The total thickness h Σ of all
Одним из вариантов исполнения является трансрефлектор с согласующими пластинами 9 и 10, установленными с его внешних сторон (Фиг. 2). Согласующие пластины 9, 10 выполнены из однородного диэлектрического материала с диэлектрической проницаемостью ,One embodiment is a transreflector with matching
где:Where:
εсогл - диэлектрическая проницаемость согласующей пластины;ε acc. is the dielectric constant of the matching plate;
ε0 - диэлектрическая проницаемость воздушного пространства;ε 0 - dielectric constant of air space;
ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрических подложек, и толщиной равной .ε is the dielectric constant of dielectric substrates, and with a thickness equal to .
Рассмотрим работу трансрефлектора применительно к двухзеркальной антенне с поворотом плоскости поляризации и параметром дискретизации фазы М=4, что соответствует дискретным значениям фаз 0°, 90°, 180°, 270°.Consider the operation of the transreflector as applied to a two-mirror antenna with rotation of the plane of polarization and a phase sampling parameter M = 4, which corresponds to discrete phase values of 0 °, 90 °, 180 °, 270 °.
Для случая М=4 трансрефлектор (Фиг. 3) содержит четыре полупрозрачные кольцевые подзоны 2, 3, 4, j, расположенные на трех диэлектрических подложках 5, 6, 7, толщиной где λд - длина волны в диэлектрике, и дополнительный слой диэлектрического материала 8 толщиной , при коэффициенте толщины диэлектрика q=0.For the case M = 4, the transreflector (Fig. 3) contains four translucent
При работе трансрефлектора (Фиг. 3) в режиме «отражения» излучаемая первичным облучателем (например, рупором), расположенным в фокусе «О», сферическая электромагнитная волна с поляризацией вектора Е электрического поля, совпадающей с ориентацией металлических полосок полупрозрачных кольцевых подзон 2, 3, 4, j, расположенных на диэлектрических подложках 5, 6, 7, через радиопрозрачные зоны достигает различных полупрозрачных кольцевых подзон с разными фазовыми задержками. При этом луч, совпадающий с фокальной осью OA трансрефлектора, имеет наименьшую фазовую задержку в свободном пространстве, принимаемую в качестве опорной, а на краю апертуры (крайняя полупрозрачная кольцевая подзона j) радиусом R - максимальную фазовую задержку, равнуюWhen the transreflector (Fig. 3) is in the “reflection” mode emitted by the primary irradiator (for example, a horn) located in the focus “O”, a spherical electromagnetic wave with a polarization of the electric field vector E coincides with the orientation of the metal strips of
, ,
где:Where:
- постоянная распространения в свободном пространстве; - propagation constant in free space;
F - фокусное расстояние;F is the focal length;
λ0 - длина волны в свободном пространстве.λ 0 - wavelength in free space.
Промежуточные точки апертуры имеют монотонные, плавно изменяющиеся значения фазовых задержек от 0° до φ° max. Поэтому трансрефлектор для формирования отраженной плоской электромагнитной волны должен обеспечить фазовые задержки, которые изменяются от 0° на краю трансрефлектора до φ° max в его центре. Необходимая коррекция фазовой задержки обеспечивается изменением длины путей лучей, падающих и отраженных от полупрозрачных кольцевых подзон 2, 3, 4, j. Так, лучи электромагнитной волны, падающие и отраженные от полупрозрачных кольцевых подзон 3, расположенных на диэлектрической подложке 5 толщиной где - длина волны в диэлектрике, имеют разность длины путей относительно полупрозрачных кольцевых подзон 2, принятых за опорные, равную , т.е. обеспечивают фазовую задержку 90°. Аналогично лучи электромагнитной волны, падающие и отраженные от полупрозрачных кольцевых подзон 4 и j, расположенных на диэлектрических подложках 6, 7, имеют разность длины путей относительно полупрозрачных кольцевых подзон 2, равную и , соответственно, т.е. фазовые задержки 180° и 270°. Таким образом, каждая диэлектрическая подложка с расположенными на ней полупрозрачными кольцевыми подзонами выполняет роль фиксированного фазовращателя с дискретным фазовым сдвигом 90°, что обеспечивает формирование фазового плоского фронта переотраженной от трансрефлектора электромагнитной волны.The intermediate points of the aperture have monotonous, smoothly varying values of phase delays from 0 ° to φ ° max . Therefore, the transreflector for the formation of a reflected plane electromagnetic wave must provide phase delays that vary from 0 ° at the edge of the transreflector to φ ° max in its center. The necessary correction of the phase delay is provided by changing the length of the paths of the rays incident and reflected from the translucent
При падении на трансрефлектор от первичного облучателя электромагнитной волны с поляризацией вектора Е электрического поля, перпендикулярной ориентации металлических полосок полупрозрачных кольцевых подзон, коэффициент прохождения электромагнитной волны близок к 1. Электромагнитная волна последовательно проходит через радиопрозрачные зоны и полупрозрачные кольцевые подзоны j, 4, 3, 2, расположенные на диэлектрических подложках 7, 6, 5, и дополнительный слой диэлектрического материала 8 толщиной и излучается в свободное пространство. При этом суммарная толщина диэлектрических подложек 5, 6, 7 и дополнительного слоя 8 равна половине длины волны в диэлектрике , где λд - длина волны в диэлектрике, которая вносит минимальные потери электромагнитной энергии при прохождении через трансрефлектор [4].When an electromagnetic wave with a polarization of the electric field vector E is incident on the transreflector with the polarization of the electric field vector E, perpendicular to the orientation of the metal strips of the translucent ring subbands, the transmission coefficient of the electromagnetic wave is close to 1. The electromagnetic wave sequentially passes through the translucent zones and translucent ring subzones j, 4, 3, 2 located on
При наличии в трансрефлекторе согласующих диэлектрических пластин 9 и 10 (Фиг. 2) электромагнитная волна с поляризацией вектора Е электрического поля, перпендикулярной ориентации металлических полосок полупрозрачных кольцевых подзон, последовательно проходит свободное пространство с диэлектрической проницаемостью ε0, через первую согласующую диэлектрическую пластину 10, имеющую диэлектрическую проницаемость , и поступает на трансрефлектор, проходит через диэлектрические подложки 7, 6, 5 с расположенными на них полупрозрачными кольцевыми подзонами j, 4, 3, 2, дополнительный слой диэлектрического материала 8, вторую согласующую диэлектрическую пластину 9 с диэлектрической проницаемостью и выходит в свободное пространство. Согласующие диэлектрические пластин 9 и 10 позволяют снизить потери электромагнитной энергии при прохождении волны через трансрефлектор.In the presence of matching
Компьютерное моделирование заявляемого трансрефлектора диаметром ⌀80 мм, с фокусным расстоянием F=40 мм, параметром дискретизации фазы М=4, выполненного из диэлектрического материала типа R/T Duroid 5870, имеющего диэлектрическую проницаемость ε=2.33 и тангенс угла диэлектрических потерь tgδ=0.0012, проведенное для рабочей частоты 94 ГГц, показало следующие результаты:Computer simulation of the inventive transreflector with a diameter of ⌀80 mm, with a focal length F = 40 mm, a phase sampling parameter M = 4, made of a dielectric material of the R / T type Duroid 5870, having a dielectric constant ε = 2.33 and a dielectric loss tangent tanδ = 0.0012, conducted for the operating frequency of 94 GHz, showed the following results:
- При падении на трансрефлектор (Фиг. 3) от первичного облучателя сферической электромагнитной волны с поляризацией вектора Е электрического поля, совпадающей с ориентацией металлических полосок полупрозрачных кольцевых подзон, сформированная отраженная диаграмма направленности в Е и Н плоскостях (Фиг. 4, Фиг. 5 - Сплошная линия) от заявляемого трансрефлектора, по сравнению с аналогичной диаграммой направленности, сформированной устройством - прототипом (Фиг. 4, Фиг. 5 - Штриховая линия), имеет на 1,87 дБ выше коэффициент направленного действия, от -2 до -5 дБ ниже уровень 1-го бокового лепестка и значительное снижение уровня 2-го и 3-го боковых лепестков;- When a spherical electromagnetic wave is incident on the transreflector (Fig. 3) from the primary irradiator with a polarization of the electric field vector E, which coincides with the orientation of the metal strips of translucent annular subbands, a reflected radiation pattern is formed in the E and H planes (Fig. 4, Fig. 5 - The solid line) from the inventive transreflector, compared to a similar radiation pattern formed by the prototype device (Fig. 4, Fig. 5 - dashed line), has a 1.87 dB higher directional coefficient, from -2 to -5 dB lower than the level of the 1st side lobe and a significant decrease in the level of the 2nd and 3rd side lobes;
- При падении на трансрефлектор (Фиг. 3) от первичного облучателя сферической электромагнитной волны с поляризацией вектора Е электрического поля, перпендикулярной ориентации металлических полосок, диаграммы направленности в Е и Н плоскостях после прохождения электромагнитной волны через заявляемый трансрефлектор (Фиг. 6, Фиг. 7 - Сплошная линия) и через устройство - прототип (Фиг. 6, Фиг. 7 - Штриховая линия) практически совпадают, за исключением нулевого направления, в котором заявляемый трансрефлектор сгладил нежелательный выброс.- When a spherical electromagnetic wave is incident on the transreflector (Fig. 3) from the primary irradiator with polarization of the electric field vector E, perpendicular to the orientation of the metal strips, radiation patterns in E and H planes after the electromagnetic wave passes through the inventive transreflector (Fig. 6, Fig. 7 - Solid line) and through the prototype device (Fig. 6, Fig. 7 - Dashed line) almost coincide, except for the zero direction in which the inventive transreflector smoothed out the unwanted emission.
- Согласующие диэлектрические пластины, установленные на заявляемый трансрефлектор (Фиг. 2) позволили снизить коэффициент отражения от границы раздела свободное пространство - трансрефлектор на 15 дБ.- Matching dielectric plates mounted on the inventive transreflector (Fig. 2) allowed to reduce the reflection coefficient from the free space - transreflector interface by 15 dB.
Таким образом, заявленная полезная модель обеспечивает повышение фазовой эффективности, обуславливающей повышение коэффициента направленного действия и снижение уровня боковых лепестков.Thus, the claimed utility model provides an increase in phase efficiency, which leads to an increase in the coefficient of directional action and a decrease in the level of side lobes.
Источники информацииInformation sources
1. Бахрах Л.Д., Галимов Г.К. «Зеркальные сканирующие антенны: Теория и методы расчета», изд-во «Наука», г. Москва 1981 г., стр. 258÷2591. Bahrakh L.D., Galimov G.K. “Mirror Scanning Antennas: Theory and Calculation Methods”, Nauka Publishing House, Moscow 1981, pp. 258–259
2. Патент №2439757, Российская Федерация, МПК H01Q 15/24 (2006.01), опубл. 10.01.2012, Трансрефлектор/ Кузьмин А.А., Погребняков A.M.2. Patent No. 2439757, Russian Federation,
3. Y.J. Guo, «A High-Efficiency Quarter-Wave Zone Reflector» IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol.2, №12, December1992, стр. 470÷4713. Y.J. Guo, “A High-Efficiency Quarter-Wave Zone Reflector” IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol. 2, No. 12, December1992, pp. 470 ÷ 471
4. Пригода Б.А., Кокунько B.C. «Обтекатели антенн летательных аппаратов», изд-во «Машиностроение», г. Москва 1970 г., стр. 514. Prigoda B.A., Kokunko B.C. "Aircraft fairings", publishing house "Engineering", Moscow 1970, p. 51
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016129875/28U RU167147U1 (en) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | TRANSREFLECTOR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016129875/28U RU167147U1 (en) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | TRANSREFLECTOR |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU167147U1 true RU167147U1 (en) | 2016-12-27 |
Family
ID=57777185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016129875/28U RU167147U1 (en) | 2016-07-20 | 2016-07-20 | TRANSREFLECTOR |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU167147U1 (en) |
-
2016
- 2016-07-20 RU RU2016129875/28U patent/RU167147U1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lin et al. | A low-profile and wideband lens antenna based on high-refractive-index metasurface | |
Fan et al. | A novel PRAMC-based ultralow-profile transmitarray antenna by using ray tracing principle | |
Pourahmadazar et al. | A millimeter-wave fresnel zone plate lens design using perforated 3D printing material | |
JP5250764B2 (en) | Lens antenna | |
CN109768374B (en) | Millimeter wave lens antenna | |
Nosich et al. | Numerical analysis of quasioptical multireflector antennas in 2-D with the method of discrete singularities: E-wave case | |
Rebollo et al. | 3D-printed dual-reflector antenna with self-supported dielectric subreflector | |
Zhou et al. | Three-dimensional large-aperture lens antennas with gradient refractive index | |
Zhang et al. | Beam-shaping technique based on generalized laws of refraction and reflection | |
Hou et al. | Broadband and broad-angle dielectric-loaded RCS reduction structures | |
US2705753A (en) | Delay reflector antenna | |
Baharom et al. | Reduction of surface reflection on dielectric lens antenna by matching periodic square-pillars in 300-GHz band | |
RU167147U1 (en) | TRANSREFLECTOR | |
Bankov et al. | Design and experimental investigation of a multibeam integrated reflector antenna of the millimeter wave band | |
Liu et al. | Ultra‐wideband Low‐Detectable Coding Metasurface | |
EP2738875B1 (en) | Cassegrain microwave antenna | |
CN112201962B (en) | Reflecting plate applied to reduction of scattering sectional area of array antenna radar | |
Cao et al. | A low-profile high-gain multi-beam antenna based on cylindrical metasurface Luneburg lens | |
Elineau et al. | Multimode scattering matrix optimisation for the mitigation of harmonics in anomalous reflection metasurfaces | |
Meng et al. | Design of diffractive Cassegrain antenna at W band | |
RU2298863C2 (en) | Mirror-lens antenna | |
RU2439757C1 (en) | Transreflector | |
US20240356235A1 (en) | Highly efficient parabolic antenna configured with corrective meta surface structure | |
Mirkamali et al. | A planar lens antenna with circular edge inspired by gaussian optics | |
Aziz et al. | Millimeter-Wave Planar Electromagentic Lens Design Using Frequency-Selective Surfaces |