RU199128U1 - Отражательная антенная решетка - Google Patents

Отражательная антенная решетка Download PDF

Info

Publication number
RU199128U1
RU199128U1 RU2019144180U RU2019144180U RU199128U1 RU 199128 U1 RU199128 U1 RU 199128U1 RU 2019144180 U RU2019144180 U RU 2019144180U RU 2019144180 U RU2019144180 U RU 2019144180U RU 199128 U1 RU199128 U1 RU 199128U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
reflective
region
elements
air gap
Prior art date
Application number
RU2019144180U
Other languages
English (en)
Inventor
Любовь Михайловна Любина
Никита Юревич Песков
Михаил Иванович Сугак
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)
Priority to RU2019144180U priority Critical patent/RU199128U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU199128U1 publication Critical patent/RU199128U1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Отражательная антенная решетка относится к антенной технике и предназначена для использования в качестве приемно-передающей антенны мобильных и стационарных устройств спутниковой связи. Технический результат предлагаемой полезной модели - возможность расширения полосы рабочих частот при неизменном коэффициенте усиления. Технический результат достигается за счет размещения над первым слоем второго слоя с отражательными элементами, отделенного от первого слоя воздушным промежутком и имеющего такую же форму, что и первый слой, но с отверстием в области максимальных значений амплитуды поля облучения. При этом области расположения отражательных элементов на втором слое соответствует область, выполняющая роль проводящего рефлектора первого слоя, а величина воздушного промежутка между слоями, взаимное расположение элементов и их размеры в каждом слое, размер области максимальных значений амплитуды поля облучения, толщина второго слоя удовлетворяют условию формирования диаграммы направленности требуемой формы в полосе рабочих частот.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и предназначена для использования в качестве приемно-передающей антенны мобильных и стационарных устройств спутниковой связи.
Известна двухслойная отражательная антенная решетка, содержащая проводящий рефлектор и отделенные от него и друг от друга воздушными промежутками слои с отражательными элементами одинаковой формы, но различных размеров, причем форма и размеры элементов, толщина слоя, величина воздушного промежутка и взаимное расположение отражательных элементов в каждом слое удовлетворяют условию формирования диаграммы направленности требуемой формы в полосе рабочих частот (Huang J., Encinar J.A. Reflectarray Antennas. Institute of Electrical and Electronic Engineers. 2008).
Недостатками такой системы являются большие поперечные размеры и вес конструкции, узкая полоса рабочих частот.
Из уровня техники известна двухчастотная отражательная антенная решетка, состоящая из проводящего рефлектора и отделенного от него и друг от друга воздушными промежутками слоями с отражательными элементами одинаковой формы, но различных размеров, причем форма и размеры элементов, толщина слоя, величина воздушного промежутка и взаимное расположение отражательных элементов в каждом слое удовлетворяют условию формирования диаграммы направленности требуемой формы на двух рабочих частотах (М. R. Chaharmir, J. Shaker and H. Legay, "Dual-band Ka/X reflectarray with broadband loop elements," in IET Microwaves, Antennas & Propagation, vol. 4, no. 2, pp. 225-231, Feb. 2010).
Недостатком такого решения являются узкие относительные полосы обеих рабочих частот, необходимость наличия двух источников поля облучения.
Известна отражательная антенная решетка, характеризующаяся тем, что содержит проводящий рефлектор и отделенный от него воздушным промежутком слой с отражательными элементами одинаковой формы, но различных размеров, форма и размеры проводящего рефлектора и слоя с отражательными элементами совпадают, оба слоя являются согнутыми в вертикальной плоскости, причем форма и размеры элементов, толщина слоя, величина воздушного промежутка и взаимное расположение отражательных элементов в первом слое, количество сгибов и углы сгибов металлического рефлектора и слоя с отражательными элементами удовлетворяют условию формирования диаграммы направленности требуемой формы в полосе рабочих частот (Патент US 6411255 В2).
Недостатками такого решения является конформность устройства.
Наиболее близким по совокупности существующих признаков к предлагаемому устройству является однослойная отражательная антенная решетка (М.I. Sugak, S.V. Ballandovich, G.A. Kostikov, Y.G. Antonov and L.M. Liubina, "K-band slot reflectarray antennas," 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), Moscow, 2018, pp. 516-520.). Устройство содержит проводящий рефлектор и отделенный от него воздушным промежутком слой с отражательными элементами одинаковой формы, но различных размеров, причем форма и размеры элементов, толщина слоя, величина воздушного промежутка и взаимное расположение отражательных элементов в первом слое удовлетворяют условию формирования диаграммы направленности требуемой формы в полосе рабочих частот.
Преимуществом прототипа являются малые поперечные размеры, механическая прочность.
Недостатком прототипа является узкая полоса рабочих частот.
Задачей предлагаемой полезной модели является возможность расширения полосы рабочих частот при неизменном коэффициенте усиления.
Поставленная задача решается за счет того, что заявленное устройство, так же как и известное, содержит проводящий рефлектор и отделенный от него воздушным промежутком слой с отражательными элементами одинаковой формы, но различных размеров, причем форма и размеры элементов, толщина слоя, величина воздушного промежутка и взаимное расположение отражательных элементов в первом слое удовлетворяют условию формирования диаграммы направленности требуемой формы в полосе рабочих частот. Но, в отличие от известного, в предлагаемой отражательной антенной решетке дополнительно над первым слоем размещен второй слой с отражательными элементами, отделенный от первого слоя воздушным промежутком и имеющий такую же форму, что и первый слой, но с отверстием в области максимальных значений амплитуды поля облучения, области расположения отражательных элементов на втором слое соответствует область, выполняющая роль проводящего рефлектора первого слоя, а величина воздушного промежутка между слоями, взаимное расположение элементов и их размеры в каждом слое, размер области максимальных значений амплитуды поля облучения, толщина второго слоя удовлетворяют условию формированию диаграммы направленности требуемой формы в полосе рабочих частот.
Достигаемым техническим результатом является возможность расширения полосы рабочих частот при неизменном коэффициенте усиления.
Технический результат достигается за счет размещения над первым слоем второго слоя с отражательными элементами, отделенного от первого слоя воздушным промежутком и имеющего такую же форму, что и первый слой, но с отверстием в области максимальных значений амплитуды поля облучения. При этом, области расположения отражательных элементов на втором слое соответствует область, выполняющая роль проводящего рефлектора первого слоя, а величина воздушного промежутка между слоями, взаимное расположение элементов и их размеры в каждом слое, размер области максимальных значений амплитуды поля облучения, толщина второго слоя удовлетворяют условию формированию диаграммы направленности требуемой формы в полосе рабочих частот.
Полезная модель иллюстрируется 14 чертежами.
Фиг. 1 - вид спереди двухслойной отражательной антенной решетки.
Фиг. 2 - сечение двухслойной отражательной антенной решетки.
Фиг. 3 - проводящий рефлектор.
Фиг. 4 - первый слой с отражательными элементами двухслойной отражательной антенной решетки.
Фиг. 5 - второй слой с отражательными элементами двухслойной отражательной антенной решетки.
Фиг. 6 - слой с отражательными элементами однослойной отражательной антенной решетки.
Фиг. 7 - сечение однослойной отражательной антенной решетки.
Фиг. 8 - распределение фазы по раскрыву однослойной отражательной антенной решетки.
Фиг. 9 - распределение фазы по раскрыву двухслойной отражательной антенной решетки.
Фиг. 10 - частотные зависимости коэффициента усиления отражательных антенных решеток.
Фиг. 11 - частотные зависимости уровня боковых лепестков отражательных антенных решеток.
Фиг. 12 - нормированные диаграммы направленности отражательной антенной решетки на 21 ГГц.
Фиг. 13 - нормированные диаграммы направленности отражательной антенной решетки на 20.5 ГГц.
Фиг. 14 - нормированные диаграммы направленности отражательной антенной решетки на 23 ГГц.
На чертежах введены следующие обозначения:
1 - облучатель
2 - первый слой с отражательными элементами двухслойной отражательной антенной решетки.
3 - второй слой с отражательными элементами двухслойной отражательной антенной решетки.
4 - проводящий рефлектор.
5 - воздушный промежуток.
6 - элементы крепления.
7 - слой с отражательными элементами однослойной отражательной антенной решетки.
Антенна работает следующим образом. Для объяснения работы устройства (фиг. 1), в его структуру дополнительно вводится облучатель 1 (фиг. 2). При работе антенны в режиме передачи, волна от облучателя 1 падает на отражательную антенную решетку, состоящую из проводящего рефлектора 5 и двух слоев с отражательными элементами 2-3, разделенными воздушными промежутками 6, причем во втором слое в области максимальных значений поля облучения выполнено отверстие, а области второго слоя с отражательными элементами соответствует область первого слоя, выполненная в виде проводящего рефлектора. Причем форма и размер второго слоя 3 совпадают с формой и размером области первого слоя, выполненной в форме проводящего рефлектора. Таким образом, при проектировании антенны по известной методике на основе анализа фазы отраженного поля в пределах элементарной ячейки (Thornton J., Huang K.-С. Modern Lens Antennas for Communications Engineering. Wiley-IEEE Press, 2012. P. 272) для отражательных элементов второго слоя учитывается дополнительная фазовая задержка Δϕ, определяющаяся величиной воздушного промежутка между первым и вторым слоем d исходя из соотношения Δϕ=(4nd)/λ, где X - длина волны, соответствующая частоте проектирования, что соответственно отражается в выборе геометрии каждого отражательного элемента второго слоя. За счет того, что в итоге каждый элемент отражательной антенной решетки вносит свою фазовую задержку, отраженное поле является синфазным, а совокупность отражательных элементов в обоих слоях отражательной антенной решетки удовлетворяет условию формирования диаграммы направленности требуемой формы в полосе рабочих частот (Munk В.A. Finite Antenna Arrays and FSS. NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2003. P. 392).
При работе антенны в приемном режиме, падающее поле от источника в дальней зоне после отражения от антенны фокусируется в точку, где расположен облучатель 1.
При этом может быть реализована как прямофокусная, так и офсетная схема размещения облучателя. В зависимости от требуемой формы диаграммы направленности и схемы размещения облучателя будет меняться и закон взаимного расположения отражательных элементов в двух слоях, величины воздушных промежутков, а также размер и положение отверстия во втором слое отражательной антенной решетки.
Работа устройства подтверждается данными электродинамического моделирования прямофокусной отражательной антенной решетки с размерами 170×170 мм для работы на центральной частоте в 21 ГГц с шагом гексагональной сетки расположения цилиндрических полостей 0.55 длины волны на рабочей частоте и величиной воздушных промежутков 9 мм. Образец антенны спроектирован исходя из его реализации методом лазерной резки из листов металла толщиной 1 мм. Геометрии слоев получены по известной методике (Thornton J., Huang К.-С.Modern Lens Antennas for Communications Engineering. Wiley-IEEE Press, 2012. P. 272) и представлены на фиг. 3-5. Сравнение характеристик проводилось с прямофокусной отражательной антенной решеткой прототипа, с теми же габаритными размерами, шагом гексагональной сетки и величиной воздушного промежутка (фиг. 6-7).
Синтез отражательной антенной решетки проводится на основании зависимостей фазы отраженного поля от размеров отражательного элемента в пределах ячейки Флоке, а также с учетом вводимой за счет воздушного промежутка между первым и вторым слоем фазовой задержки в области максимальных значений поля облучения. Таким образом удается избежать одного сброса фазы в 2π в распределении фазы по раскрыву однослойной отражательной антенной решетки (фиг. 8-9), который, как известно, приводит к уменьшению полосы рабочих частот отражательных антенных решеток (D.М. Pozar, "Bandwidth of reflectarrays," in Electronics Letters, vol. 39, no. 21, pp. 1490-1491, 16 Oct. 2003), а следовательно, приблизить итоговое фазовое распределение к фазовому распределению параболического зеркала, обладающего большей полосой рабочих частот.
Из приведенных частотных зависимостей коэффициента усиления (фиг. 10) и уровня боковых лепестков (фиг. 11) для однослойной отражательной антенной решетки (фиг. 8) и предлагаемой двухслойной отражательной антенной решетки (фиг. 2) видно, что при переходе к двухслойной отражательной антенной решетке и сохранении геометрии ячейки происходит расширение полосы рабочих частот по уровню -3 дБ от максимального значения коэффициента усиления с 9% до 15.5% при большем уровне боковых лепестков как на частоте расчета (21 ГГц), так и в полосе рабочих частот. Диаграммы направленности в Е- и Н-плоскостях в полосе рабочих частот для двухслойной отражательной антенной решетки приводятся на фиг. 12-14.
Таким образом, показана достижимость технического результата - расширение полосы рабочих частот при неизменном коэффициенте усиления.

Claims (1)

  1. Отражательная антенная решетка, содержащая проводящий рефлектор и отделенный от него воздушным промежутком первый слой с отражательными элементами одинаковой формы, но различных размеров, причем форма и размеры элементов, толщина слоя, величина воздушного промежутка и взаимное расположение отражательных элементов в первом слое удовлетворяют условию формирования диаграммы направленности требуемой формы в полосе рабочих частот, отличающаяся тем, что на первом слое область расположения отражательных элементов совпадает с областью максимальных значений амплитуды поля облучения, дополнительно над первым слоем размещен второй слой с отражательными элементами, отделенный от первого слоя воздушным промежутком и имеющий такую же форму, что и первый слой, но с отверстием в области максимальных значений амплитуды поля облучения, области расположения отражательных элементов на втором слое соответствует область, выполняющая роль проводящего рефлектора первого слоя, а величина воздушного промежутка между слоями, взаимное расположение элементов и их размеры в каждом слое, размер области максимальных значений амплитуды поля облучения, толщина второго слоя удовлетворяют условию формирования диаграммы направленности требуемой формы в полосе рабочих частот.
RU2019144180U 2019-12-24 2019-12-24 Отражательная антенная решетка RU199128U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144180U RU199128U1 (ru) 2019-12-24 2019-12-24 Отражательная антенная решетка

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144180U RU199128U1 (ru) 2019-12-24 2019-12-24 Отражательная антенная решетка

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU199128U1 true RU199128U1 (ru) 2020-08-17

Family

ID=72086604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144180U RU199128U1 (ru) 2019-12-24 2019-12-24 Отражательная антенная решетка

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU199128U1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1120856B1 (en) * 1999-06-07 2006-04-26 Universidad Politecnica De Madrid Printed circuit technology multilayer planar reflector and method for the design thereof
RU157955U1 (ru) * 2014-12-29 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) Широкополосная микрополосковая антенна
RU2583869C2 (ru) * 2014-07-15 2016-05-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Планарная линейная фазированная антенная решетка с расширенным сканированием луча
EP2624364B1 (en) * 2011-08-29 2017-07-19 NTT DoCoMo, Inc. Multi-beam reflectarray

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1120856B1 (en) * 1999-06-07 2006-04-26 Universidad Politecnica De Madrid Printed circuit technology multilayer planar reflector and method for the design thereof
EP2624364B1 (en) * 2011-08-29 2017-07-19 NTT DoCoMo, Inc. Multi-beam reflectarray
RU2583869C2 (ru) * 2014-07-15 2016-05-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Планарная линейная фазированная антенная решетка с расширенным сканированием луча
RU157955U1 (ru) * 2014-12-29 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) Широкополосная микрополосковая антенна

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120092224A1 (en) Multilayer pillbox type parallel-plate waveguide antenna and corresponding antenna system
Edalati et al. Wideband reflectarray antenna based on miniaturized element frequency selective surfaces
Brandão et al. FSS-based dual-band cassegrain parabolic antenna for RadarCom applications
Kundu et al. A single-layer broadband reflectarray in k-band using cross-loop slotted patch elements
RU184941U1 (ru) Диэлектрическая отражательная антенная решетка
Razavi et al. Design of 60GHz planar array antennas using PCB-based microstrip-ridge gap waveguide and SIW
TWI556509B (zh) 低輪廓高效率多頻帶反射器天線
RU199128U1 (ru) Отражательная антенная решетка
Huang et al. Realization of low-RCS parabolic reflector antenna using curved 3-D frequency-selective structure
RU196868U1 (ru) Отражательная антенная решетка
Massaccesi et al. 3D-printable perforated dielectric reflectarray in Ka-band
Elsharkawy et al. Single-and double-beam reflectarrays for Ka band communication
Alfonso et al. Parabolic cylindrical reflector antenna at 60 GHz with line feed in gap waveguide technology
BK et al. Complementary metamaterial superstrate for wide band high gain antenna
Ballandovich et al. Non-planar full-metal slot reflectarray antenna
Ali et al. Ultra-wideband dielectric reflectarray antenna with OAM beams for mm-wave applications
Alexandrin et al. Ku-band antenna array element based on Fabry-Perot cavity
Pham et al. Characterization of dual-band dual-linearly polarized transmitarray antennas
Elkarkraoui et al. New hybrid design for a broadband high gain 60-GHz dielectric resonator antenna
Rahmat-Samii et al. A novel near-field gregorian reflectarray antenna design with a compact deployment strategy for high performance cubesats
Al-Nuaimi et al. Analysis and design of inhomogeneous single layer slotted dielectric flat lens
Maddur et al. A High Gain Fabry Perot Resonator Antenna (FPRA)
Mayer et al. Reflectarray with split ring resonators at 83.5 GHz
Konstantinidis et al. Design of a submillimetre wave Fabry-Perot cavity antenna
Zhou et al. A Compact Multi-beam Antenna based on Multilayered SIW Pillbox