RU2115201C1 - Микрополосковая антенная решетка с поляризационной адаптацией - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области микрополосковых антенн СВЧ с поляризационной адаптацией к излучаемому и принимаемому сигналам и может найти применение в поляриметрических радиолокаторах для измерения параметров матрицы Моллера, в радиоинтроскопах, в медицинских СВЧ -электромагнитных аппликаторах, в системах связи и метрологии. Технической задачей является создание микрополосковой антенной решетки с поляризационной адаптацией в режиме приема и в режиме передачи, работа с любым видом линейной поляризации, ориентированной произвольно в секторе углов от 0 до 90^o и с любым видом круговой поляризации -- правосторонней или левосторонней, с низким уровнем боковых лепестков. Микрополосковая антенная решетка содержит четное количество излучателей в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки и разделенных зазорами. Средние излучатели выполнены в форме прямоугольника, одна сторона равна длине волны, другая смежная сторона равна половине длины волны, остальные излучатели выполнены в форме квадрата со стороной, равной длине волны. К каждому среднему излучателю на середине боковой кромки подключены возбуждающие элементы, выполненные в виде металлического штыря. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Данное изобретение относится к области радиотехники, в частности к плоским микрополосковым антенным решеткам СВЧ - диапазона с поляризационной адаптацией к излучаемому или принимаемому сигналам, и может найти применение в поляриметрических радиолокаторах для измерения параметров матрицы Мюллера, в радиоинтроскопах для дефектоскопии с помощью СВЧ-волн при контроле технологических процессов, в строительстве, в медицинских диагностических и терапевтических СВЧ- электромагнитных аппликаторах, в системах связи и метрологии.

Известна двухполяризационная линзовая антенна (A 225 GHz Polarimetric Radar, IEEE Trans. microwave theory and techn., 1990, v. 39, N 9, 1252-1258), содержащая линзу и два раздельных скалярных рупора. Падающая волна разделяется на две составляющие с вертикальной и горизонтальной поляризацией с помощью решетки из проволочек. Такие антенны находят применение только в миллиметровой и субмиллиметровой части СВЧ-диапазона, в диапазоне сантиметровых и дециметровых длин волн они использоваться не могут.

Наиболее близким техническим решением - прототипом является микрополосковая антенная решетка (H. Entschladen, Nagel. Microstrip patch array antenna, Electon Letters, 25 th October, 1984, v. 20, N 22, pp. 931-933), содержащая нечетное количество полуволновых излучателей, выполненных в форме прямоугольника и разделенных между собой зазорами, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки, а боковые кромки излучателей расположены параллельно соответствующим осям этой координатной сетки, центральный проводник отрезка входной коаксиальной линии передачи гальванически соединен с центральным излучателем антенной решетки. Поскольку в антенной решетке активным излучателем является только один центральный излучатель, а разделительные зазоры в E и H плоскостях выбираются достаточно малой величины, поэтому электромагнитная связь между излучателями осуществляется как по излучающим, так и по неизлучающим боковым кромкам излучателей, в связи с этим в апертуре антенной решетке формируется амплитудное распределение, спадающее к краям, обеспечивающее низкий уровень боковых лепестков. Антенная решетка с излучателями прямоугольной формы имеет линейную поляризацию, а если выполнить излучатели квазиквадратной формы из условия возбуждения двух ортогональных мод с равными амплитудами и в фазовой квадратуре, то в этом случае обеспечивается круговая поляризация. Отсутствие разводки питания в антенной решетке исключает паразитные излучения из полосковых проводников и исключает объемные и поверхностные паразитные связи.

Недостатками известного технического решения являются следующие факторы:
во-первых, антенная решетка может работать с сигналами только одной поляризации - либо линейной, либо круговой;
во-вторых, в антенной решетке имеет место прямая зависимость входного импеданса от количества излучателей центральной ветви, связанных между собой по излучающим кромкам, а именно - входной импеданс антенной решетки в первом приближении равен входному импедансу одного центрального излучателя, деленного на число излучателей этой ветви, т.е. чем больше излучателей, тем меньше входной импеданс антенной решетки, и если он меньше 50 ом, то невозможно прямое подсоединение коаксиально-полоскового перехода или коаксиальной линии. В связи с этим возникает необходимость включения согласующего трансформатора импедансов между возбуждающим элементом и входной коаксиальной линией передачи, что в свою очередь приводит к резкому усложнению конструкции, а в некоторых случаях и не всегда реализуемой;
в-третьих, амплитудное распределение по апертуре антенной решетки относительно центрального активного излучателя в E и H плоскостях имеет вид, спадающий к краям и по разным законам, а именно: по излучающим кромкам - плавный вид, по неизлучающим кромкам - более крутой вид.

Технической задачей данного изобретения является создание приемопередающей микрополосковой антенной решетки с поляризационной адаптацией в режиме приема и в режиме передачи, работающей с любой линейной поляризацией, ориентированной произвольно в секторе углов от 0 до 90^o, и с любой круговой поляризацией - правосторонней и левосторонней, при одновременном формировании симметричной в E и H плоскостях диаграмм направленности с низким уровнем боковых лепестков, с возможностью согласования волнового сопротивления разводки питания антенной решетки с выходной 50-омной линией передачи в широком диапазоне входных сопротивлений микрополосковой антенной решетки.

Поставленная задача решается тем, что в микрополосковой антенной решетке, содержащей излучатели, выполненные в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки, и разделенные между собой по каждой ветви прямоугольной координатной сетки зазорами, а боковые кромки излучателей расположены параллельно соответствующим осям этой прямоугольной координатной сетки и отрезок выходной линии передачи, количество излучателей микрополосковой антенной решетки выбрано четным, при этом средние излучатели одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки соответственно выполнены в форме прямоугольника, одна сторона которого, параллельная соответствующей центральной ветви прямоугольной координатной сетки, равна длине волны, а другая, смежная с ней сторона излучателя, равна половине длины волны, остальные излучатели антенной решетки выполнены в форме квадрата, сторона которого равна длине волны, при этом к каждому среднему излучателю одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки в точке, расположенной на середине боковой кромки, длиной, равной длине волны и лежащей на одной прямой с одной и другой смежным боковыми кромками, длиной, равной половине длины волны, двух средних излучателей ближайших к началу координат одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки соответственно подключены введенные возбуждающие элементы, выполненные в виде металлического штыря, одни концы которых гальванически соединены с соответствующими средними излучателями, а вторые концы гальванически соединены с введенной разводкой питания, выполненной в виде крестообразного ортогонального соединения четырех отрезков микрополосковых линий, оси которых попарно соосны и расположены параллельно центральным ветвям прямоугольной координатной сетки соответственно, при этом диэлектрическая подложка разводки питания установлена параллельно диэлектрической подложке микрополосковой антенной решетки, причем вторые концы возбуждающих элементов средних излучателей одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки включены в соответствующие отрезки микрополосковых линий крестообразного соединения по их осевым линиям, причем центр крестообразного соединения четырех отрезков микрополосковых линий выполнен в форме квадрата, сторона которого равна половине длины волны, а диагонали квадрата совмещены с соответствующими осями крестообразного ортогонального соединения четырех отрезков микрополосковых линий, при этом отрезок выходной линии передачи и введенный отрезок другой выходной линий передачи подключены к продолжению двух ортогональных отрезков микрополосковых линий крестообразного соединения соответственно, а длина двух других ортогональных отрезков микрополосковых линий крестообразного соединения ограничивается точкой подключения соответствующего ему второго конца возбуждающего элемента крайнего среднего излучателя центральных ветвей прямоугольной координатной сетки микрополосковой антенной решетки.

Микрополосковая антенная решетка структурно представляет собой две независимые взаимно перпендикулярные системы линеек излучателей, продольные оси которых параллельны соответствующим ветвям прямоугольной координатной сетки. Каждая линейка излучателей состоит из цепочки электромагнитно связанных между собой пассивных излучателей, выполненных квадратной формы со стороной, равной длине волны, в центре линейки излучателей расположен активный излучатель, выполненный прямоугольной формы со сторонами, равными половине длины волны и длине волны соответственно, и соединенный возбуждающим элементом с соответствующим отрезком микрополосковой линии разводки питания. Каждой системе линеек излучателей присуще только то направление ориентации линейного вектора поляризации электрического поля, при котором продольная ось линейки излучателей будет параллельна соответствующей ветви прямоугольной координатной сетки. Поскольку каждый излучатель микрополосковой антенной решетки соответствующей парой боковых кромок одновременно входит в состав одной и другой систем линеек излучателей, то в каждом излучателе одновременно могут возбуждаться колебания двух независимых и ортогональных между собой линейных поляризаций - вертикальной и горизонтальной. Средние активные излучатели каждой системы линеек излучателей объединены двумя соответствующими ветвями крестообразного ортогонального соединения четырех отрезков микрополосковых линий разводки питания, адекватных вертикальной и горизонтальной составляющим сигнала антенной решетки, и каждая из них соединена с соответствующим отрезком выходной линии передачи. Развязка между пересекающимися ветвями крестообразного ортогонального соединения отрезка микрополосковых линий разводки питания обеспечивается за счет выполнения места пересечения в форме квадрата, включенного в центр крестообразного ортогонального соединения по его диагоналям.

В режиме приема на апертуру антенной решетки падает электромагнитная линейно поляризованная волна с любой ориентацией вектора напряженности электрического поля в секторе углов от 0 до 90^o. На микрополосковых излучателях вектор напряженности электрического поля принятого сигнала раскладывается как суперпозиция двухкоординатно-ориентированных в принятой прямоугольной координатной сетке на две координатные составляющие сигнала - вертикальную и горизонтальную, каждая из которых возбуждает соответствующую ей систему линеек излучателей с последующим построчным и постолбцевым суммированием в соответствующем для каждой линейки среднем активном излучателе одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки. Суммирование сигналов со средних излучателей происходит в соответствующей ветви разводки питания и результирующие сигналы вертикальной и горизонтальной составляющих принятого сигнала поступают в соответствующие отрезки выходных линий передачи.

В режиме излучения в зависимости от запитки одной или другой выходных линий передачи антенной решетки может излучаться линейно поляризованная волна соответственно вертикальной или горизонтальной поляризации. При одновременном синфазном возбуждении одной и другой выходных линий передачи излучается линейно поляризованный сигнал с ориентацией вектора напряженности электрического поля под углом 45^o относительно принятой прямоугольной координатной сетки.

Полная симметрия апертуры микрополосковой антенной решетки относительно средних активных излучателей центральных ветвей прямоугольной координатной сетки обеспечивает симметричную диаграмму направленности в E и H плоскостях, а закон амплитудного распределения в апертуре антенной решетки является симметрично спадающим к краям апертуры, что обеспечивает низкий уровень боковых лепестков.

Микрополосковая антенная решетка может быть снабжена блоком управления поляризации (БУП), который может быть выполнен состоящим из трехдецибельного делителя мощности, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя соответственно, проходной канал которого соединен с входным каналом второго фазовращателя, при этом его связанный канал и выходной канал второго фазовращателя являются выходными каналами БУП, которые подключены к входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а входной канал трехдецибельного делителя мощности является входом БУП и соответственно входом микрополосковой антенной решетки.

Введение БУП в микрополосковую антенную решетку позволяет обеспечить поляризационную адаптацию антенной решетки в режиме приема, в режиме излучения электромагнитного сигнала, так и в режиме приемопередачи, а именно: устанавливать линейную поляризацию сигнала вертикальной ориентации; устанавливать линейную поляризацию сигнала горизонтальной ориентации; устанавливать линейную поляризацию с любой ориентацией вектора напряженности электрического поля в секторе углов от 0 до 90^o; устанавливать круговую правостороннюю или левостороннюю поляризацию сигнала. Поляризационные характеристики микрополосковой антенной решетки устанавливаются электронными фазовращателями БУП и электронными переключателями. БУП микрополосковой антенной решетки имеет один вход-выход, поэтому в режиме приемопередачи необходимо использовать на входе циркулятор.

БУП также может быть выполнен состоящим из последовательно соединенных первого переключателя и первого циркулятора, второе плечо которого соединено с первым каналом второго переключателя, второй канал которого соединен с вторым каналом первого переключателя, третий канал соединен с первым каналом третьего переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо первого циркулятора соединено с вторым каналом третьего переключателя, при этом четвертый переключатель последовательно соединен с вторым циркулятором, второе плечо которого соединено с первым каналом пятого переключателя, второй канал которого соединен с вторым каналом четвертого переключателя, третий канал соединен с первым каналом шестого переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо второго циркулятора соединено с вторым каналом шестого переключателя, при этом третий канал первого переключателя и третий канал четвертого переключателя подключены к выходным каналам коммутируемого трехдецибельного делителя мощности, входной канал которого является входным каналом БУП, а пятый канал второго переключателя и пятый канал пятого переключателя являются входными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а третий канал третьего переключателя и третий канал шестого переключателя являются выходными поляризационными каналами линейно поляризованного сигнала микрополосковой антенной решетки.

Такое выполнение БУП позволяет обеспечить микрополосковой антенной решетке в режиме приема, в режиме излучения и приемопередающем режиме работу с линейно поляризованными сигналами. Так, в режиме излучения электромагнитного сигнала в антенной решетке может устанавливаться электронно переключаемых три вида поляризационного состояния: с вертикальной поляризацией; с горизонтальной поляризацией; с поляризацией, ориентированной под углом 45^o относительно принятой прямоугольной координатной сетки антенной решетки при синфазном и равноамплитудном возбуждении обоих каналов антенной решетки. В режиме приема электромагнитного сигнала антенная решетка имеет раздельные, развязанные между собой, выходные каналы соответственно вертикальной и горизонтальной поляризационных составляющих принимаемого сигнала, и в ней может устанавливаться электронно переключаемых три вида поляризационного состояния: с вертикальной поляризацией; с горизонтальной поляризацией; вертикальную и горизонтальную поляризационные составляющие сигнала, принятого с любой ориентацией вектора напряженности электрического поля в секторе углов от 0 до 90^o. Установка режимов осуществляется электронными переключателями.

Кроме того, в БУП могут быть введены трехдецибельный делитель мощности, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя соответственно, проходной канал которого соединен с входным каналом второго фазовращателя, при этом выходной канал которого и связанный канал трехдецибельного направленного ответвителя соединены с дополнительными каналами второго и пятого переключателей соответственно, а входной канал трехдецибельного делителя мощности является входным каналом БУП для сигнала круговой поляризации микрополосковой антенной решетки.

Такое выполнение БУП позволяет обеспечить микрополосковой антенной решетке полную поляризационную адаптацию в режиме приема, излучения и приемопередающим режиме электромагнитного сигнала и работу на любых видах линейной и круговой поляризации.

На фиг. 1 изображена конструкция микрополосковой антенной решетки с поляризационной адаптацией; на фиг. 2 - конструкция микрополосковой разводки питания микрополосковой антенной решетки с поляризационной адаптацией; на фиг. 3 - конструкция металлического экрана, разделяющего диэлектрические подложки антенной решетки и разводки питания; на фиг. 4 - структурная схема блока управления поляризацией антенной решетки с одноканальным входом - выходом; на фиг. 5 - структурная схема блока управления поляризацией антенной решетки с раздельными поляризационными двухканальным входом и двухканальным выходом; на фиг. 6 - структурная схема блока управления поляризацией антенной решетки с полной поляризационной адаптацией в режимах приема и излучения на любых видах линейной и круговой поляризации.

Микрополосковая антенная решетка 1 содержит четное количество излучателей, выполненных в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки и разделенные между собой, по каждой ветви прямоугольной координатной сетки, зазорами 2 и 3 соответственно, а боковые кромки излучателей расположены параллельно соответствующим осям этой координатной сетки. Средние излучатели 4 одной и другой центральных ветвей 5 и 6 прямоугольной координатной сетки соответственно выполнены в форме прямоугольника, одна сторона 7 каждого из которых, параллельная соответствующей центральной ветви 5 и 6 прямоугольной координатной сетки, равна длине волны, а другая, смежная с ней сторона 8 излучателя 4, равна половине длины волны, остальные излучатели 9 антенной решетки 1 выполнены в форме квадрата, сторона 10 которого равна длине волны, при этом к каждому среднему излучателю 4 одной и другой центральных ветвей 5 и 6 прямоугольной координатной сетки в точке, расположенной на середине боковой кромки 7, длиной, равной длине волны и лежащей на одной прямой с одной и другой смежными боковыми кромками 11 и 12, длиной, равной половине длины волны, двух средних излучателей 13 и 14 ближайших 4 началу координат одной и другой центральных ветвей 5 и 6 прямоугольной координатной сетки соответственно подключены возбуждающие элементы 15, выполненные в виде металлического штыря, одни концы которых гальванически соединены с соответствующими средними излучателями 4, а вторые концы гальванически соединены с введенной разводкой питания 16, выполненной в виде крестообразного ортогонального соединения четырех отрезков микрополосковых линий 17, 18, 19 и 20, соответствующие оси 21, 22, 23 и 24 которых попарно соосны и расположены параллельно центральным ветвям 5 и 6 прямоугольной координатной сетки соответственно, при этом диэлектрическая подложка разводки питания 16 установлена параллельно диэлектрической подложке микрополосковой антенной решетки 1, причем вторые концы возбуждающих элементов 15 средних излучателей 4 одной и другой центральных ветвей 5 и 6 прямоугольной координатной сетки включены в соответствующие отрезки микрополосковых линий 17, 18, 19 и 20 крестообразного соединения по осевым линиям 21, 22, 23 и 24, причем центр крестообразного соединения четырех отрезков микрополосковых линий 17, 18, 19 и 20 выполнен в форме квадрата 25, сторона которого равна половине длины волны, а диагонали 26 квадрата 25 совмещены с соответствующими осями 21, 22, 23 и 24 крестообразного ортогонального соединения четырех отрезков микрополосковых линий 17, 18, 19 и 20, при этом отрезки одной и другой выходных линий передачи 27 и 28 подключены к продолжению двух ортогональных отрезков микрополосковых линий 19 и 20 крестообразного соединения соответственно, а длина двух других ортогональных отрезков микрополосковых линий 17 и 18 крестообразного соединения ограничивается точкой подключения соответствующего ему второго конца возбуждающего элемента 15 крайнего среднего излучателя 4 центральных ветвей 5 и 6 прямоугольной координатной сетки микрополосковой антенной решетки 1. Диэлектрическая подложка разводки питания 16 и диэлектрическая подложка антенной решетки 1 разделены между собой общим металлическим экраном 29, в котором в местах расположения возбуждающих элементов 15 выполнены круглые отверстия 30, образующие отрезки межуровневых коаксиальных переходов.

БУП (фиг. 4) состоит из трехдецибельного делителя мощности 31, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя 32, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя 32 соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя 33 соответственно, проходной канал которого соединен с входным каналом второго фазовращателя 34, при этом его связанный канал 35 и выходной канал 36 второго фазовращателя 34 являются выходными каналами БУП, которые подключены к входным линиям передачи 23 и 28 микрополосковой антенной решетки 1 соответственно, а входной канал 37 трехдецибельного делителя мощности 31 является входом БУП и соответственно входом микрополосковой антенной решетки 1.

БУП (фиг. 5) состоит из последовательно соединенных первого переключателя 38 и первого циркулятора 39, второе плечо которого соединено с первым каналом второго переключателя 40, второй канал которого соединен с вторым каналом первого переключателя 38, третий канал соединен с первым каналом третьего переключателя 41, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой 42, третье плечо первого циркулятора 39 соединено с вторым каналом третьего переключателя 41, при этом четвертый переключатель 43 последовательно соединен с вторым циркулятором 44, второе плечо которого соединено с первым каналом пятого переключателя 45, второй канал которого соединен с вторым каналом четвертого переключателя 43, третий канал соединен с первым каналом шестого переключателя 46, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой 47, третье плечо второго циркулятора 44 соединено с вторым каналом шестого переключателя 46, при этом третий канал первого переключателя 38 и третий канал четвертого переключателя 43 подключены к выходным каналам коммутируемого трехдецибельного делителя мощности 48, входной канал 49 которого является входным каналом БУП, а пятый канал 50 второго переключателя 40 и пятый канал 51 пятого переключателя 45 являются выходными каналами БУП, которые подключены к входным линиям передачи 23 и 28 микрополосковой антенной решетки 1 соответственно, а третий канал 52 третьего переключателя 41 и третий канал 53 шестого переключателя 46 являются выходными поляризационными каналами линейно поляризованного сигнала микрополосковой антенной решетки 1.

БУП (фиг. 6) состоит из БУП (фиг. 4) и БУП (фиг. 5) и образован подключением связанного канала 35 трехдецибельного направленного ответвителя 33 и выходного канала 36 второго фазовращателя 34 БУП (фиг. 4) к дополнительным каналами второго 40 и пятого 45 переключателей БУП (фиг. 5) соответственно.

Микрополосковая антенная решетка с поляризационной адаптацией работает следующим образом.

В режиме приема падающая на апертуру микрополосковой антенной решетки 1 электромагнитная линейно поляризованная волна с любой ориентацией вектора напряженности электрического поля в секторе углов от 0 (горизонтальная поляризация) до 90^o (вертикальная поляризация) раскладывается на излучателях на две координатно-ориентированные составляющие: одна составляющая - это проекция, параллельная центральной ветви 5, другая составляющая - параллельная центральной ветви 6 прямоугольной координатной сетки. Составляющая параллельная ветви 5 возбуждает систему линеек излучателей, продольные оси которых ориентированы вдоль этой же ветви 5 прямоугольной координатной сетки, а составляющая параллельная ветви 6 возбуждает систему линеек излучателей, продольные оси которых ориентированы вдоль этой же ветви 6. В каждой возбужденной линейке излучателей результирующий сигнал выделяется на соответствующем ей активном среднем излучателе 4 одной и другой центральных ветвей 5 и 6 прямоугольной координатной сетки соответственно. Через возбуждающие элементы 15 сигнал со средних излучателей 4, расположенных на центральной ветви 5, поступает в отрезки соосно расположенных микрополосковых линий 18 и 20 разводки питания 16, а сигнал со средних излучателей 4, расположенных на центральной ветви 6, поступает в отрезки соосно расположенных микрополосковых линий 17 и 19. Поскольку расстояние между возбуждающими элементами 15 равно или кратно длине волны, то в микрополосковых проводниках 17, 18 и 19, 20 разводки питания 16 происходит синфазное суммирование сигналов с соответствующих средних излучателей 4. Результирующий сигнал с микрополосковых линий 18 и 20 поступает в выходную линию передачи 28 и соответствует составляющей сигнала с вертикальной поляризацией, а результирующий сигнал с микрополосковых линий 17 и 19 поступает в выходную линию передачи 27 и соответствует составляющей сигнала с горизонтальной поляризацией.

Развязка между пересекающимися микрополосковыми линиями 17, 19 и 18, 20 обеспечивается квадратным резонатором 25, в котором могут существовать два ортогональных развязанных между собой диагональных колебаний.

В режиме излучения при подаче сигнала на выходную линию передачи 27 возбуждаются горизонтально ориентированные линейки излучателей и излучается сигнал горизонтальной поляризации при подаче сигнала на выходную линию передачи 28 - излучается сигнал с вертикальной поляризацией, а при подаче равноамплитудных и синфазных сигнала одновременно на выходные линии передачи 27 и 28 - излучается сигнал с ориентацией вектора поляризации под углом 45^o.

Пот подключении БУП (фиг. 4) микрополосковая антенная решетка 1 работает следующим образом. Фазовращатель 32 устанавливает такое соотношение фаз между сигналами, полученными с трехдецибельного делителя мощности 31, после суммирования которых в трехдецибельном направленном ответвителе 33 на его выходах получаются сигналы с заданным амплитудным соотношением, один из которых фазовращателем 34 получает дополнительный фазовый сдвиг. Таким образом, на выходных каналах 35 и 36 БУП устанавливается требуемое соотношение амплитуд и фаз сигналов, которые поступают на выходные линии передачи 27 и 28 микрополосковой антенной решетки 1. Так, при равноамплитудном распределении мощности между каналами 35 и 36 и фазовом сдвиге +90^o микрополосковая решетка 1 имеет левую круговую поляризацию поля, а при фазовом сдвиге -90^o - поляризация будет правой. При полном перераспределении энергии в выходной канал 35 - поляризация будут линейная горизонтальная, а при перераспределении энергии в выходной канал 36 - поляризация будет линейная вертикальная. При распределении энергии в определенном амплитуднофазовом соотношении между выходными каналами БУП 35 и 36 можно установить любую линейную ориентацию вектора напряженности электрического поля в секторе углов от 0 до 90^o.

При подключении БУП (фиг. 5) микрополосковая антенная решетка 1 работает в режиме приема и излучения только с линейной поляризацией - или вертикальной или горизонтальной, при этом каждый поляризационный канал имеет свою систему коммутации установки режима. В режиме излучения сигнал поступает на входной канал 49 и затем на вход коммутируемого трехдецибельного делителя мощности 48, который устанавливает три режима работы антенной решетки 1. Первый режим - сигнал поступает через переключатели 38 и 40 на выходной канал 50 и далее на канал 28 антенной решетки 1, соответствующий вертикальной поляризации, при этом выходной канала 27 антенной решетки 1 через переключатель 45 подключается к согласованной нагрузке 47; второй режим - сигнал поступает через переключатели 43 и 45 на выходной канал 51 и далее на канал 27 антенной решетки 1, соответствующий горизонтальной поляризации, при этом выходной канал 28 через переключатель 40 подключается к согласованной нагрузке 47; третий режим - сигнал трехдецибельным делителем мощности 48 делится пополам и поступает на вход переключателей 38 и 43, соответствующих каналам вертикальной и горизонтальной поляризации, а затем через переключатели 40 и 45 на соответствующие выходы 50 и 51 БУП и далее на входы 28 и 27 антенной решетки 1, что соответствует излучению сигнала с ориентацией вектора поляризации под углом 45^o. В режиме приема - сигнал, принятый антенной решеткой 1 с вертикальной поляризацией, поступает в канал 50 БУП и через переключатели 40 и 41 поступает в выходной канал 52, при приеме сигнала с горизонтальной поляризацией принятый сигнал поступает на вход 51 БУП и через переключатели 45 и 46 поступает в выходной канал 53. При приеме линейно поляризованного сигнала с любой ориентацией вектора поляризация в секторе углов от 0 о 90^o на выходном канале БУП 52 выделяется его вертикальная составляющая, а на выходном канале 53 его горизонтальная составляющая. При работе в режиме приема-передачи в БУП по каждому поляризационному каналу подключаются - переключателями 38, 40 и 41 циркулятор 39 канала вертикальной поляризации, - переключателями 43, 45 и 46 циркулятор 44 канала горизонтальной поляризации.

При подключении БУП (фиг. 6) микрополосковая антенная решетка 1 работает с любым видом линейной поляризации и любым видом круговой поляризации, переключение режимов осуществляется переключателями 40 и 45 и имеет полную поляризационную адаптацию в режимах излучения и приема.

Поскольку любая линейка излучателей микрополосковой антенной решетки представляет собой систему электромагнитно связанных между собой излучателей со средним активным, то амплитудное распределение по апертуре является спадающим к краям, что соответствует низкому уровню боковых лепестков. Симметрия микрополосковой антенной решетки относительно системы средних излучателей 4 одной и другой центральных ветвей 5 и 6 прямоугольной координатной сетки обеспечивает ей симметрию диаграммы направленности в E и H плоскостях.

Claims (5)

1. Микрополосковая антенная решетка, содержащая излучатели, выполненные в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки и разделенные между собой, по каждой ветви прямоугольной координатной сетки, зазорами, а боковые кромки излучателей расположены параллельно соответствующим осям этой прямоугольной координатной сетки, и отрезок выходной линии передачи, отличающаяся тем, что микрополосковая антенная решетка содержит четное количество излучателей, при этом средние излучатели одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки соответственно выполнены в форме прямоугольника, одна сторона которого, параллельная соответствующей центральной ветви прямоугольной координатной сетки, равна длине волны, а другая смежная с ней сторона излучателя равна половине длины волны, остальные излучатели антенной решетки выполнены в форме квадрата, сторона которого равна длине волны, при этом к каждому среднему излучателю одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки в точке, расположенной на середине боковой кромки, длиной, равной длине волны и лежащей на одной прямой с одной и другой смежными боковыми кромками, длиной, равной половине длины волны двух средних излучателей, ближайших к началу координат одной и другой центральных ветвей прямоугольной системы координат соответственно, подключены введенные возбуждающие элементы, выполненные в виде металлического штыря, одни концы которых гальванически соединены с соответствующими средними излучателями, а вторые концы гальванически соединены с введенной разводкой питания, выполненной в виде крестообразного ортогонального соединения четырех отрезков микрополосковых линий, оси которых попарно соосны и расположены параллельно центральным ветвям прямоугольной координатной сетки соответственно, при этом диэлектрическая подложка разводки питания установлена параллельно диэлектрической подложке микрополосковой антенной решетки, причем вторые концы возбуждающих элементов средних излучателей одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки включены в соответствующие отрезки микрополосковых линий крестообразного соединения по осевым линиям, причем центр крестообразного соединения четырех отрезков микрополосковых линий выполнен в форме квадрата, сторона которого равна половине длины волны, а диагонали квадрата совмещены с соответствующими осями крестообразного ортогонального соединения четырех отрезков микрополосковых линий, при этом отрезок выходной линии передачи и введенный другой отрезок выходной линии передачи подключены к продолжению двух ортогональных отрезков микрополосковых линий крестообразного соединения соответственно, а длина двух других ортогональных отрезков микрополосковых линий крестообразного соединения ограничивается точкой подключения соответствующего ему второго конца возбуждающего элемента крайнего среднего излучателя центральных ветвей прямоугольной координатной сетки микрополосковой антенной решетки.

2. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что введен блок управления поляризации (БУП), выходные каналы которого подключены к входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а входной канал БУП является входом микрополосковой антенной решетки.

3. Решетка по п.2, отличающаяся тем, что БУП состоит из трехдецибельного делителя мощности, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя соответственно, проходной канал которого соединен с входным каналом второго фазовращателя, при этом его связанный канал и выходной канал второго фазовращателя являются выходными каналами БУП, а входной канал трехдецибельного делителя мощности является входом БУП.

4. Решетка по п.2, отличающаяся тем, что БУП состоит из последовательно соединенных первого переключателя и первого циркулятора, второе плечо которого соединено с первым каналом второго переключателя, второй канал которого соединен с вторым каналом первого переключателя, третий канал соединен с первым каналом третьего переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо первого циркулятора соединено с вторым каналом третьего переключателя, при этом четвертый переключатель последовательно соединен с вторым циркулятором, второе плечо которого соединено с первым каналом пятого переключателя, второй канал которого соединен с вторым каналом четвертого переключателя, третий канал соединен с первым каналом шестого переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо второго циркулятора соединено с вторым каналом шестого переключателя, при этом третий канал первого переключателя и третий канал четвертого переключателя подключены к выходным каналам коммутируемого трехдецибельного делителя мощности, входной канал которого является входным каналом БУП, а пятый канал второго переключателя и пятый канал пятого переключателя являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а третий канал третьего переключателя и третий канал шестого переключателя являются выходными поляризационными каналами линейно поляризованного сигнала микрополосковой антенной решетки.

5. Решетка по п.4, отличающаяся тем, что введены трехдецибельный делитель мощности, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя соответственно, проходной канал которого соединен с входным каналом второго фазовращателя, при этом его связанный канал и выходой канал второго фазовращателя соединены с дополнительными каналами второго и пятого переключателей соответственно, а входной канал трехдецибельного делителя мощности является входным каналом микрополосковой антенной решетки сигнала круговой поляризации.

Images