RU2062536C1

RU2062536C1 - Combined double-range antenna array

Info

Publication number: RU2062536C1
Application number: RU93055703A
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Соколов
Original assignee: Евгений Александрович Соколов
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1996-06-20

Abstract

FIELD: superhigh- and extremely high-frequency antenna engineering. SUBSTANCE: antenna array has first-range radiators and feeders forming aperture that functions as impedance structure for second range, as well as impedance-structure feed and exciter arranged on aperture periphery. Impedance structure is, essentially, diffraction gratings built up of strip conductors on surface of insulating substrate metallized on screen side. Some of diffraction grating strip conductors regularly arranged over impedance structure aperture form, together with metallized insulating substrate, asymmetric strip lines functioning as first- range feeders. Irregularities, such as slits, printed-circuit disks are regularly arranged in field of asymmetric strip lines and function as nonresonant radiators of first range. Impedance structure in the form of diffraction grating is excited by horn exciter of E-type surface wave of insulating substrate in second range of higher frequency than first one. EFFECT: enlarged functional capabilities. 6 dwg

Description

Изобретение относится к радиоэлектронике, антенной технике, преимущественно сантиметрового и миллиметрового диапазонов. The invention relates to radio electronics, antenna technology, mainly centimeter and millimeter ranges.

Известны многодиапазонные антенны сантиметрового диапазона (см. "Зарубежная радиоэлектроника" N 3, 1978, стр.38-62) [1] Двухчастотные антенные решетки частный случай таких антенн. В известных двухдиапазонных антеннах решена задача "совмещения разночастотных антенн в одном излучающем раскрыве" (см. Л.И. Пономарев "Сканирующие многочастотные антенные решетки"
гл. 6 в кн. "Проблемы антенной техники"/ Под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского. Радио и связь, 1989 [2]
Аналогами изобретения являются двухдиапазонные совмещенные антенные решетки (Л.И. Пономарев, Л.В. Гордиенко, А.Ю. Павлов, "Исследование характеристик сканирующих двухчастотных совмещенных вибраторных антенных решеток". Изв. ВУЗов, "Радиоэлектроника", т. 36, N 5, 1993, стр. 41-48 [3] и Л.И. Пономарев, В. И. Степаненко, "Результаты анализа и оптимизации двухчастотной совмещенной волноводной ФАР". В кн. "Антенны". Сборник статей. Вып. 34/ Под ред. А.А. Пистолькорса. М. Радио и связь, 1986, стр. 68-84 [4]). Решетки аналоги содержат раскрыв, заполненный излучателями двух типоразмеров: в первом случае это вибраторы, во втором открытые концы волноводов. Известно также, что в антенных решетках могут использоваться печатные излучатели (А.Ф. Чаплин, И. Г. Яковенко, Е.М. Ящишин, "Исследование некоторых видов печатных решеток". В кн. "Антенны". Сборник статей. Вып. 32/ Под ред. Д.И. Воскресенского. М. Радио и связь, 1985, стр. 63-75 [5]). Существуют, например, полосковые антенные решетки бегущей волны, представляющие систему параллельных полосковых линий с излучающими неоднородностями, обладающие из-за отсутствия резонансных элементов достаточной широкополосностью (Н.Д. Козырев "Антенны космической связи". Учебное пособие для ВУЗов. М. Радио и связь, 1990, рис. 2.27 на стр. 63 [6]). Антенная решетка не является двухдиапазонной.Known multi-centimeter antennas (see "Foreign electronics" N 3, 1978, pp. 38-62) [1] Dual-frequency antenna arrays are a special case of such antennas. In the well-known dual-band antennas, the problem of “combining multi-frequency antennas in one radiating aperture” has been solved (see L.I. Ponomarev “Scanning multi-frequency antenna arrays”
ch. 6 in the book. "Problems of antenna technology" / Ed. L.D. Bahraha D.I. Voskresensky. Radio and communications, 1989 [2]
Analogs of the invention are dual-band combined antenna arrays (L. I. Ponomarev, L. V. Gordienko, A. Yu. Pavlov, “Study of the characteristics of scanning dual-frequency combined vibrator antenna arrays.” Izv. VUZ, Radioelectronics, vol. 36, N 5, 1993, pp. 41-48 [3] and L. I. Ponomarev, V. I. Stepanenko, “Results of analysis and optimization of a two-frequency combined waveguide headlamp.” In the book “Antennas.” Collection of articles. Issue 34 / Edited by A. A. Pistolkors, M. Radio and Communications, 1986, pp. 68-84 [4]). The analog gratings contain an opening filled with emitters of two sizes: in the first case, these are vibrators, in the second, the open ends of the waveguides. It is also known that printed emitters can be used in antenna arrays (A.F. Chaplin, I.G. Yakovenko, E.M. Yashchishin, "Study of some types of printed arrays." In the book "Antennas." Collection of articles. 32 / Under the editorship of DI Voskresensky, M. Radio and Communications, 1985, pp. 63-75 [5]). For example, there are traveling-wave strip antenna arrays representing a system of parallel strip lines with radiating inhomogeneities, possessing sufficient broadband due to the absence of resonant elements (ND Kozyrev "Antennas for Space Communication." Textbook for Universities. M. Radio and Communications , 1990, Fig. 2.27 on p. 63 [6]). The antenna array is not dual band.

Недостатки решеток-аналогов, общая классификация которых приведена в [2] следующие: сложность конструкции, проблемы с обеспечением одномодовых режимов, отсутствие планарности, нетехнологичность. The disadvantages of analog gratings, the general classification of which is given in [2], are as follows: design complexity, problems with providing single-mode modes, lack of planarity, low-tech.

Прототипом изобретения является антенная решетка [2] п. 7 на стр. 112. Решетка-прототип содержит общий (совмещенный) раскрыв с излучателями, который в первом диапазоне возбуждается фидерами как обычная решетка, а во втором диапазоне "образует импедансную структуру, возбуждаемую от облучателей, расположенных на периферии раскрыва". В двухдиапазонной антенне-прототипе первый диапазон высокочастотный, а второй низкочастотный. The prototype of the invention is the antenna array [2], item 7 on page 112. The prototype array contains a common (combined) opening with emitters, which in the first range is excited by feeders like a conventional array, and in the second range "forms an impedance structure excited from the irradiators located at the periphery of the aperture. " In the dual-band prototype antenna, the first band is high-frequency, and the second is low-frequency.

Недостатками прототипа являются сложность конструкции и большие размеры облучателя и возбудителя импедансной структуры раскрыва во втором диапазоне. Недостатки обусловлены принципом распределения частот: раскрыв как импедансная структура возбуждается на низких частотах, где размеры известных облучателей и возбудителей велики, в повышение их эффективности требует усложнения конструкции. The disadvantages of the prototype are the complexity of the design and the large size of the irradiator and the pathogen of the impedance structure of the aperture in the second range. The disadvantages are due to the principle of frequency distribution: revealing how the impedance structure is excited at low frequencies, where the dimensions of the known irradiators and pathogens are large, in order to increase their efficiency, design complexity is required.

Решаемой технической задачей является уменьшение размеров и упрощение конструкции двухдиапазонной совмещенной антенной решетки. Ее решение обеспечивается тем, что в двухдиапазонной совмещенной антенной решетке, состоящей из излучателей и фидеров первого диапазона, образующих импедансную структуру для второго диапазона в раскрыве решетки, и размещенных на периферии раскрыва облучателя и возбудителя импедансной структуры, фидеры первого диапазона выполнены в виде параллельно расположенных несимметричных полосковых линий на общей металлизированной с экранной стороны диэлектрической подложке, излучатели первого диапазона выполнены в виде неоднородностей, периодически расположенных в поле полосковых линий, между полосковыми проводниками полосковых линий параллельно проводникам расположены дополнительные полосковые проводники так, что образуют совместно с полосковыми проводниками полосковых линий на поверхности диэлектрической подложки дифракционную решетку, являющуюся импедансной структурой для второго диапазона, возбудитель импедансной структуры для второго диапазона выполнен в виде рупорного возбудителя поверхностной E-волны диэлектрической подложки с частотой возбуждения выше частоты возбуждения неоднородностей первого диапазона. The technical problem to be solved is to reduce the size and simplify the design of a dual-band combined antenna array. Its solution is ensured by the fact that in a dual-band combined antenna array, consisting of emitters and feeders of the first range, forming an impedance structure for the second range in the aperture of the array, and located on the periphery of the aperture of the irradiator and exciter of the impedance structure, the feeders of the first range are made in the form of parallel asymmetrical strip lines on a common dielectric substrate metallized from the screen side, the emitters of the first range are made in the form of inhomogeneities, per additional strip conductors are arranged parallel to the conductors between the strip conductors of the strip lines in parallel with the conductors of the strip lines so that together with the strip conductors of the strip lines on the surface of the dielectric substrate there is a diffraction grating, which is an impedance structure for the second range, the pathogen of the impedance structure for the second range is made in in the form of a horn pathogen of the surface E-wave of a dielectric substrate with an excitation frequency above h The frequency of excitation of inhomogeneities of the first range.

Существенными отличительными признаками изобретения являются: реализация фидеров первого диапазона в виде параллельно расположенных несимметричных полосковых линий на общей металлизированной диэлектрической подложке, излучателей первого диапазона в виде неоднородностей, периодически расположенных в поле полосковых линий, расположение на поверхности диэлектрической подложки дополнительных полосковых проводников параллельно полосковым проводникам полосковых линий так, что все полосковые проводники образуют импедансную структуру второго диапазона в виде дифракционной решетки, возбуждаемой во втором диапазоне рупорным возбудителем поверхностей E-волны диэлектрической подложки с частотой возбуждения выше частоты возбуждения неоднородностей первого диапазона. The salient features of the invention are: the implementation of the first range feeders in the form of parallel-mounted asymmetric strip lines on a common metallized dielectric substrate, the first-range emitters in the form of inhomogeneities periodically located in the strip line field, the location of additional strip conductors on the surface of the dielectric substrate parallel to the strip strip conductors so that all strip conductors form an impedance structure ru of the second range in the form of a diffraction grating excited in the second range by the horn exciter of the surfaces of the E-wave of the dielectric substrate with an excitation frequency higher than the excitation frequency of the inhomogeneities of the first range.

На фиг. 1 изображена конструкция двухдиапазонной совмещенной антенной решетки с излучающими неоднородностями первого диапазона в виде печатных шлейфов, подключенных к полосковым линиям, и фокусирующим устройством облучения второго диапазона в виде параболического цилиндра. На фиг. 2 изображен вариант исполнения излучающих неоднородностей первого диапазона в виде ступенек скачков ширины полоскового проводника полосковой линии. На фиг. 3 изображен вариант исполнения излучающих неоднородностей первого диапазона в виде печатных дисков с электромагнитной связью по полю с полосковой линией. На фиг. 4 изображен вариант излучающих неоднородностей первого диапазона в виде щелей в экранной металлизации подложки под полосковым проводником полосковой линии, расположенных перпендикулярно по проводнику. На фиг. 5 изображена конструкция двухдиапазонной совмещенной антенной решетки с фокусирующим устройством облучения второго диапазона в виде линзы на кромке диэлектрической подложки. На фиг. 6 изображена конструкция двухдиапазонной совмещенной антенной решетки с двумя облучателями второго диапазона, фокусирующим устройством в виде апланатической линзы на кромке диэлектрической подложки, полосковым делителем мощности и фазовращателями первого диапазона. In FIG. 1 shows the design of a dual-band combined antenna array with radiating inhomogeneities of the first range in the form of printed loops connected to strip lines, and a focusing irradiation device of the second range in the form of a parabolic cylinder. In FIG. 2 shows an embodiment of the radiating inhomogeneities of the first range in the form of steps of jumps in the width of the strip conductor of the strip line. In FIG. Figure 3 shows an embodiment of radiating inhomogeneities of the first range in the form of printed disks with electromagnetic coupling along a field with a strip line. In FIG. 4 shows a variant of radiating inhomogeneities of the first range in the form of gaps in the screen metallization of the substrate under the strip conductor of the strip line, perpendicular to the conductor. In FIG. 5 shows the design of a dual-band combined antenna array with a focusing irradiation device of the second range in the form of a lens on the edge of the dielectric substrate. In FIG. 6 shows the design of a dual-band combined antenna array with two second-band irradiators, a focusing device in the form of an aplanatic lens on the edge of the dielectric substrate, a strip power divider, and first-phase phase shifters.

Двухдиапазонная совмещенная антенная решетка на фиг. 1 содержит металлизированную с экранной стороны диэлектрическую подложку 1, на которой расположены параллельно полосковые проводники 2, образующие совместно с диэлектрической подложкой 1 полосковые линии фидеры первого диапазона. Расстояние между полосковыми проводниками 2 не превышает длины волны первого диапазона. С полосковыми проводниками 2 кондуктивно связаны печатные шлейфы 3, точки подключения которых периодически расположены вдоль полосковых проводников 2. "Период" в расположении печатных шлейфов 3, являющихся на фиг. 1 неоднородностями-излучателями первого диапазона, близок к длине волны первого диапазона в полосковой линии. Вблизи одной кромки диэлектрической подложки 1 концы полосковых проводников 2 соединены через резисторы 4 с заземленными контактными площадками 5. Сопротивление резисторов 4 равно волновому сопротивлению полосковых линий, что обеспечивает режим бегущей волны в полосковых линиях при нерезонансных излучателях первого диапазона в широкой полосе частот. Противоположные концы проводников 2 в режиме передачи подключают к генератору первого диапазона, на фиг. 1 условно не показанному. The dual band array antenna array of FIG. 1 comprises a dielectric substrate 1 metallized on the screen side, on which strip conductors 2 are arranged in parallel, forming, together with the dielectric substrate 1, strip lines of feeders of the first range. The distance between the strip conductors 2 does not exceed the wavelength of the first range. Printing loops 3 are conductively connected to the strip conductors 2, the connection points of which are periodically located along the strip conductors 2. The “period” in the arrangement of the printed loops 3, which are in FIG. 1 by inhomogeneities-emitters of the first range, close to the wavelength of the first range in the strip line. Near one edge of the dielectric substrate 1, the ends of the strip conductors 2 are connected through resistors 4 to grounded pads 5. The resistance of the resistors 4 is equal to the wave resistance of the strip lines, which ensures the traveling wave mode in the strip lines with non-resonant emitters of the first range in a wide frequency band. The opposite ends of the conductors 2 in transmission mode are connected to a generator of the first range, in FIG. 1 conventionally not shown.

Между полосковыми проводниками 2 параллельно им расположены дополнительные полосковые проводники 6, ширина которых, количество, расстояние между которыми, а также расстояние до полосковых проводников 2 выбраны такими, что проводники 6 совместно с проводниками 2 образуют для второго диапазона на поверхности диэлектрической подложки 1 импедансную структуру в виде дифракционной решетки. Это обеспечивается при приблизительном равенстве ширины полосковых проводников 2 ширине дополнительных полосковых проводников 6, а также приблизительном равенстве всех расстояний между параллельно расположенными проводниками. Период дифракционной решетки близок к длине поверхностной E-волны второго диапазона в примененной на фиг. 1 диэлектрической подложке 1. Этот период определяет количество дополнительных полосковых проводников 6, размещенных между каждой парой полосковых проводников 2 с учетом того, что, как отмечено выше, расстояние между парой полосковых проводников 2 не превышает длины волны первого диапазона. Between the strip conductors 2, parallel to them are additional strip conductors 6, the width of which, the amount, the distance between them, and the distance to the strip conductors 2 are selected such that the conductors 6 together with the conductors 2 form an impedance structure in the second range on the surface of the dielectric substrate 1 the form of a diffraction grating. This is ensured with the approximate equality of the width of the strip conductors 2 to the width of the additional strip conductors 6, as well as the approximate equality of all distances between the parallel conductors. The period of the diffraction grating is close to the length of the surface E-wave of the second range used in FIG. 1 to the dielectric substrate 1. This period determines the number of additional strip conductors 6 located between each pair of strip conductors 2, taking into account that, as noted above, the distance between the pair of strip conductors 2 does not exceed the wavelength of the first range.

Выбор отношения ширины полосковых проводников 2 (а также ширины дополнительных полосковых проводников 6) к периоду дифракционной решетки зависит от соотношения многих параметров: диэлектрической проницаемости материала диэлектрической подложки 1, толщины ее, размеров апертуры в плоскости E, КИП раскрыва, длины волны второго диапазона. Кроме того, следует учитывать возможность появления паразитных резонансов при "широких" полосковых проводниках 2, "толстых" подложках 1 и их "малой" диэлектрической проницаемости на частотах первого диапазона. Для подавления возможных паразитных резонансов в первом диапазоне концы дополнительных проводников 6 следует соединить с условно не показанными на фиг. 1 "заземленными" резисторами, как это изображено на фиг. 1 для полосковых проводников 2 и резисторов 4. The choice of the ratio of the width of the strip conductors 2 (as well as the width of the additional strip conductors 6) to the period of the diffraction grating depends on the ratio of many parameters: the dielectric constant of the material of the dielectric substrate 1, its thickness, the dimensions of the aperture in the E plane, the measuring device of the aperture, and the wavelength of the second range. In addition, one should take into account the possibility of spurious resonances with “wide” strip conductors 2, “thick” substrates 1, and their “low” permittivity at frequencies of the first range. To suppress possible spurious resonances in the first range, the ends of the additional conductors 6 should be connected to the conditionally not shown in FIG. 1 with grounded resistors, as shown in FIG. 1 for strip conductors 2 and resistors 4.

У кромки диэлектрической подложки 1, параллельной полосковым проводникам 2, расположен рупорный возбудитель 7 поверхностной E-волны в виде металлической коробчатой конструкции, выполняющей на фиг.1 также функцию отражающего фокусирующего устройства, поскольку одна "грань" конструкции имеет профиль параболического цилиндра, в фокусе которого размещен облучатель в виде открытого конца волновода 8 с фланцем. Кромка диэлектрической подложки 1 расположена в рупорном раскрыве возбудителя 7 поверхностной E-волны диэлектрической подложки. Металлизация экранной стороны диэлектрической подложки 1 соединена с коробчатой металлической конструкцией рупорного возбудителя 7. At the edge of the dielectric substrate 1 parallel to the strip conductors 2, there is a horn exciter 7 of the surface E-wave in the form of a metal box structure, which also performs the function of a reflecting focusing device in FIG. 1, since one “face” of the structure has the profile of a parabolic cylinder, the focus of which placed the irradiator in the form of the open end of the waveguide 8 with a flange. The edge of the dielectric substrate 1 is located in the horn aperture of the pathogen 7 of the surface E-wave of the dielectric substrate. The metallization of the screen side of the dielectric substrate 1 is connected to the box-shaped metal structure of the horn exciter 7.

Рассмотрим работу двухдиапазонной совмещенной антенной решетки фиг. 1 в режиме передачи. Consider the operation of the dual-band combined antenna array of FIG. 1 in transmission mode.

В первом диапазоне излучателями на фиг. 1 являются неоднородности фидерного тракта в виде печатных шлейфов 3, размещенных периодически в поле фидеров первого диапазона параллельно расположенных полосковых линий с полосковыми проводниками 2. Регулярная антенная решетка из таких излучателей в раскрыве возбуждается от генератора первого диапазона, на фиг. 1 условно не показанного, подключаемого посредством также не показанного на фиг. 1 фазированного делителя мощности к ненагруженным резисторами 4 концам полосковых проводников 2 и экранной металлизации диэлектрической подложки 1. Бегущая волна первого диапазона возбуждает неоднородности, поля излучения которых, суммируясь в дальней зоне, формируют в верхнем полупространстве диаграмму направленности в соответствии с амплитудно-фазовыми соотношениями токов в раскрыве. Резисторы 4 поглощают неизлученную часть мощности, предотвращая формирование "вредных" лепестков диаграммы направленности отраженной волной. Амплитудно-фазовое распределение токов помимо не показанного на фиг. 1 фазированного делителя зависит также от ширины и длины печатных шлейфов 3, которые могут быть разными в разных точках раскрыва. Дополнительные полосковые проводники 6 слабо возбуждаются в первом диапазоне. In the first range, the emitters in FIG. 1 are the heterogeneities of the feeder path in the form of printed loops 3, periodically placed in the field of feeders of the first range of parallel strip lines with strip conductors 2. The regular antenna array of such emitters in the aperture is excited from the generator of the first range, in FIG. 1 conditionally not shown, connected by means of also not shown in FIG. 1 phased power divider to the unloaded resistors 4 ends of strip conductors 2 and screen metallization of the dielectric substrate 1. A traveling wave of the first range excites inhomogeneities, the radiation fields of which, summing in the far zone, form a radiation pattern in the upper half-space in accordance with the amplitude-phase current ratios in open. Resistors 4 absorb the unexposed part of the power, preventing the formation of "harmful" lobes of the radiation pattern of the reflected wave. The amplitude-phase distribution of currents, in addition to not shown in FIG. 1 phased divider also depends on the width and length of the printed loops 3, which may be different at different points of the aperture. Additional strip conductors 6 are weakly excited in the first range.

Способ подавления возможных резонансов рассмотрен выше. Математические соотношения для оценки параметров раскрыва в первом диапазоне не отличаются от приведенных в кн. "Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. Учебное пособие для ВУЗов/ Под ред. Д.И. Воскресенского. М. Радио и связь, 1981 [7]
Во втором диапазоне для работы в режиме передачи к фланцу волновода 8 следует подключить выход условно не показанного на фиг. 1 генератора второго диапазона. Мода H₁₀ излучается открытым концом волновода 8 внутрь коробчатой металлической конструкции рупорного возбудителя 7 поверхностной E-волны; волна падает на параболический цилиндрический отражатель коробчатой конструкции, переотражается им и синфазно возбуждает раскрыв собственно рупорного возбудителя 7, что приводит к возбуждению в металлизированной диэлектрической подложке 1 поверхностной E-волны. Последняя, распространяясь вдоль подложки 1, достигает импедансной структуры в виде дифракционной решетки из полосковых проводников 2 и дополнительных полосковых проводников 6. Период дифракционной решетки близок к длине поверхностной E-волны, поэтому дифракционная решетка возбуждается и излучает как синфазно возбужденная апертура в верхнее полупространство, формируя главный лепесток диаграммы направленности. Изменением в некоторых пределах ширины полосковых проводников 2 и 6 и периода дифракционной решетки по раскрыву можно создать требуемое амплитудно-фазовое распределение токов во втором диапазоне.A method for suppressing possible resonances is discussed above. The mathematical relationships for evaluating the opening parameters in the first range do not differ from those given in the book. "Microwave antennas and devices. Design of phased antenna arrays. Textbook for high schools / Edited by DI Voskresensky. M. Radio and communications, 1981 [7]
In the second range, for operation in the transmission mode, the output of the conditionally not shown in FIG. 1 generator of the second range. Mode H _{10 is} emitted by the open end of the waveguide 8 into the box-shaped metal structure of the horn exciter 7 of the surface E-wave; the wave is incident on a parabolic cylindrical reflector of a box-shaped structure, is reflected by it and in-phase excites by opening the horn exciter 7 itself, which leads to the excitation of a surface E-wave in the metallized dielectric substrate 1. The latter, propagating along the substrate 1, reaches an impedance structure in the form of a diffraction grating of strip conductors 2 and additional strip conductors 6. The period of the diffraction grating is close to the length of the surface E-wave, therefore, the diffraction grating is excited and radiates as a phase-excited aperture to the upper half-space, forming main lobe of the radiation pattern. By changing, within certain limits, the width of the strip conductors 2 and 6 and the period of the diffraction grating by opening, it is possible to create the required amplitude-phase distribution of currents in the second range.

Излучающие неоднородности первого диапазона печатные шлейфы 3 занимают лишь незначительную часть раскрыва и слабо влияют на работу антенной решетки во втором диапазоне, увеличивая, тем не менее, уровень боковых лепестков. Снизить уровень можно, например, неэквидистантным расположением излучающих неоднородностей первого диапазона: [2] стр. 136. The radiating inhomogeneities of the first range of printed loops 3 occupy only a small part of the aperture and weakly affect the operation of the antenna array in the second range, nevertheless increasing the level of the side lobes. A level can be reduced, for example, by a non-equidistant arrangement of radiating inhomogeneities of the first range: [2] p. 136.

Решение технической задачи уменьшения размеров и упрощения конструкции антенной решетки объясняется тем, что второй диапазон возбуждения импедансной структуры раскрыва в виде дифракционной решетки более высокочастотный, чем первый диапазон (в прототипе наоборот), что позволило сделать компактными возбудитель, фокусирующее устройство и облучатель второго диапазона; полосковые проводники 2 полосковых нитей фидеров первого диапазона являются одновременно проводниками дифракционной решетки на поверхности диэлектрической подложки 1 импедансной структуры второго диапазона, что помимо конструктивного преимущества дает еще и технологическое. The solution to the technical problem of reducing the size and simplifying the design of the antenna array is explained by the fact that the second range of excitation of the impedance structure of the aperture in the form of a diffraction grating is higher frequency than the first range (in the prototype, on the contrary), which made it possible to compact the exciter, focusing device and irradiator of the second range; strip conductors 2 strip threads of feeders of the first range are simultaneously conductors of the diffraction grating on the surface of the dielectric substrate 1 of the impedance structure of the second range, which in addition to the structural advantage also provides technological.

Излучающие неоднородности первого диапазона могут быть очень разными: фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, и т.п. The radiating inhomogeneities of the first range can be very different: FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, etc.

На фиг 2 излучающими неоднородностями первого диапазона являются ступеньки 9 скачков ширины полосковых проводников 2. In Fig. 2, the radiating inhomogeneities of the first range are the steps 9 of the jumps in the width of the strip conductors 2.

На фиг. 3 показана возможная форма неоднородностей-излучателей первого диапазона в виде печатных дисков 10, связанных по полю с полосковыми линиями (некондуктивная связь), см. рис. 2.36 на стр. 64 в кн. Б.А. Панченко, Е.И. Нефедов "Микрополосковые антенны". М. Радио и связь, 1986 [8]
Особый интерес представляют неоднородности-излучатели первого диапазона (фиг. 4) в виде щелей 11, выполненных в экранной металлизации диэлектрической подложки 1 под полосковыми проводниками 2 полосковых линий перпендикулярно этим проводникам. Их влияние на работу антенны во втором диапазоне минимально из-за ортогональности токов двух диапазонов в экранной металлизации диэлектрической подложки 1. Выбор того или иного типа неоднородностей для конкретных применений зависит от требуемой поляризации, соотношения частот двух диапазонов, применяемых материалов диэлектрических подложек и т.д.In FIG. Figure 3 shows a possible form of heterogeneity-emitters of the first range in the form of printed disks 10 connected along the field with strip lines (non-conductive coupling), see Fig. 2.36 on p. 64 in the book. B.A. Panchenko, E.I. Nefedov "Microstrip antennas". M. Radio and communications, 1986 [8]
Of particular interest are the inhomogeneities-emitters of the first range (Fig. 4) in the form of slots 11 made in the screen metallization of the dielectric substrate 1 under the strip conductors 2 strip lines perpendicular to these conductors. Their influence on the operation of the antenna in the second range is minimal due to the orthogonality of the currents of two ranges in the screen metallization of the dielectric substrate 1. The choice of this or that type of inhomogeneities for specific applications depends on the required polarization, the ratio of the frequencies of the two ranges, the materials used on the dielectric substrates, etc. .

Рассмотрим двухдиапазонную совмещенную антенную решетку (фиг. 5). Она отличается от конструкции на фиг. 1 тем, что возбудитель 12 поверхностной E-волны конструктивно объединен с облучателем в виде H-секториального рупора, фланец которого служит для подключения (в режиме передачи) к выходу генератора второго диапазона, на фиг. 5 условно не показанного. Фокусировка в плоскости H антенной решетки на фиг. 5 осуществляется диэлектрической линзой, выполненной на кромке диэлектрической подложки 1; профиль линзы показан на фиг. 5 пунктиром. Излучатели первого диапазона выполнены в виде печатных дисков, подобных изображенным на фиг. 3. Consider a dual-band combined antenna array (Fig. 5). It differs from the design in FIG. 1 in that the surface E-wave pathogen 12 is structurally combined with an irradiator in the form of an H-sectorial horn, the flange of which serves to connect (in transmission mode) to the output of the second-range generator, in FIG. 5 conventionally not shown. Focusing in the H plane of the antenna array in FIG. 5 is carried out by a dielectric lens made on the edge of the dielectric substrate 1; the lens profile is shown in FIG. 5 dotted line. The emitters of the first range are made in the form of printed disks similar to those shown in FIG. 3.

Работа антенной решетки на фиг. 5 не требует дополнительных пояснений. The operation of the antenna array in FIG. 5 does not require further explanation.

На фиг. 6 изображена двухдиапазонная совмещенная антенная решетка, содержащая два H-секториальных рупорных облучателя 13 с фланцами для второго диапазона, размещенных в коробчатой экранирующей конструкции рупорного возбудителя 14 поверхностной E-волны диэлектрической подложки 1. Фокусировка в плоскости H осуществляется апланатической линзой на кромке подложки 1. Это позволяет получить во втором диапазоне две независимые диаграммы направленности. На фиг. 6 схематично показаны управляемые фазовращатели 15 первого диапазона, например, подобные приведенным на рис. 21.5a, стр. 62 [7] реализованные печатной технологией на диэлектрической подложке 1, а также полосковый держатель мощности с полосковыми проводниками 16 для возбуждения антенной решетки в первом диапазоне. Такая конструктивная реализация удобна для использования двухдиапазонной совмещенной антенной решетки в качестве сканирующей ФАР. In FIG. 6 shows a dual-band combined antenna array containing two H-sectorial horn irradiators 13 with flanges for the second range placed in a box-shaped shielding structure of the horn exciter 14 of the surface E-wave of the dielectric substrate 1. Focusing in the H plane is carried out by an aplanatic lens at the edge of the substrate 1. This allows you to get in the second range two independent radiation patterns. In FIG. 6 schematically shows the controlled phase shifters 15 of the first range, for example, similar to those shown in Fig. 21.5a, p. 62 [7] implemented by printing technology on a dielectric substrate 1, as well as a strip power holder with strip conductors 16 for exciting the antenna array in the first range. Such a constructive implementation is convenient for using a dual-band combined antenna array as a scanning headlight.

Работа антенной решетки фиг. 6 в обоих диапазонах аналогична рассмотренным выше решеткам. The operation of the antenna array of FIG. 6 in both ranges is similar to the gratings considered above.

Отметим, что возможно построение на основе предложенных конструкций трехдиапазонных антенных решеток с низкочастотным третьим диапазоном. Для этого вдоль дополнительных полосковых проводников 6 следует периодически расположить излучающие неоднородности с периодом, равным длине волны третьего диапазона в полосковой линии фидере третьего диапазона, образованном дополнительными полосковыми проводниками 6 и металлизированной диэлектрической подложкой 1. Аналогично могут быть созданы и четырехдиапазонные антенные решетки. Note that it is possible to build on the basis of the proposed designs of tri-band antenna arrays with a low-frequency third range. For this, emitting inhomogeneities should be periodically arranged along additional strip conductors 6 with a period equal to the wavelength of the third range in the strip line of the third range feeder, formed by additional strip conductors 6 and a metallized dielectric substrate 1. Similarly, four-band antenna arrays can be created.

Работоспособность предложенной антенной решетки подтверждена испытаниями макета, подобного фиг. 5. Первый диапазон трехсантиметровый, второй - восьмимиллиметровый; апертура 120•120 мм, диэлектрическая подложка из полиэтилена толщиной 2 мм. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 The performance of the proposed antenna array is confirmed by testing a layout similar to FIG. 5. The first range is three-centimeter, the second is eight-millimeter; aperture 120 • 120 mm, dielectric substrate made of polyethylene 2 mm thick. YYY2 YYY4

Claims

A dual-band combined antenna array, consisting of emitters and feeders of the first range, forming an impedance structure for the second range in the aperture of the antenna array, and an irradiator and exciter of the impedance structure located on the periphery of the aperture of the antenna array, characterized in that the feeders of the first range are made in parallel asymmetric strip lines on a common dielectric substrate, metallized on the screen side, the emitters of the first range are made in the form of non-uniform of the distances periodically located in the field of asymmetric strip lines, and between the strip conductors of the asymmetric strip lines parallel to them are additional strip conductors, which together with the strip conductors of the asymmetric strip lines on the surface of the dielectric substrate are a diffraction grating, which is an impedance structure for the second range, and the pathogen is an impedance structure for the second range is made in the form of a horn pathogen surface E wave dielectrics ternary substrate with an excitation frequency higher than the excitation frequency of the emitters of the first range.