RU2276437C2 - Flat antenna array (alternatives) - Google Patents
Flat antenna array (alternatives) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2276437C2 RU2276437C2 RU2004123934/09A RU2004123934A RU2276437C2 RU 2276437 C2 RU2276437 C2 RU 2276437C2 RU 2004123934/09 A RU2004123934/09 A RU 2004123934/09A RU 2004123934 A RU2004123934 A RU 2004123934A RU 2276437 C2 RU2276437 C2 RU 2276437C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna array
- flat antenna
- dielectric
- conductive plate
- plate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, технике СВЧ, к антенно-фидерным устройствам, а более конкретно к плоским антенным решеткам для непосредственного приема спутникового телевидения.The invention relates to radio engineering, microwave technology, to antenna-feeder devices, and more particularly to flat antenna arrays for direct reception of satellite television.
В настоящее время ведутся работы по созданию плоских антенн, совместимых с современным радиоэлектронным оборудованием, предназначенных для непосредственного приема спутникового телевидения, имеющих эффективность более 0,8 при размерах апертуры в пределах от 15 до 30 длин волн, работающих в полосе рабочих частот до 18% со всеми круговыми или линейными поляризациями. Кроме того, эти антенны должны иметь малую толщину, простую конструкцию, высокую технологичность изготовления и повторяемость размеров и параметров, низкую стоимость.Currently, work is underway to create flat antennas that are compatible with modern electronic equipment intended for direct reception of satellite television, having an efficiency of more than 0.8 with aperture sizes ranging from 15 to 30 wavelengths operating in the operating frequency band up to 18% with all circular or linear polarizations. In addition, these antennas should have a small thickness, simple design, high manufacturability and repeatability of sizes and parameters, low cost.
Известны микрополосковые антенны для получения двух поляризаций, содержащие диэлектрическую плату, на одной стороне которой выполнена экранирующая (заземляющая) металлизация, а на другой - выполнены печатным способом излучающие элементы и системы питания излучателей для обеих поляризаций [1, 2, 3].Microstrip antennas are known for producing two polarizations, containing a dielectric board, on one side of which shielding (grounding) metallization is made, and on the other side, radiating elements and emitter power supply systems for both polarizations are printed [1, 2, 3].
Достоинством таких антенн является простота конструкции: системы питания излучателей для обеих поляризаций выполнены на одной поверхности одной диэлектрической платы без пересечений.The advantage of such antennas is the simplicity of design: the power supply systems of the emitters for both polarizations are made on the same surface of one dielectric board without intersections.
Главным недостатком таких антенн являются значительные потери в системах питания, невозможность применения одного конвертера с общим входом для сигналов двух поляризаций и относительная узкополосность 5÷7%.The main disadvantage of such antennas is significant losses in the power supply systems, the impossibility of using one converter with a common input for signals of two polarizations, and the relative narrowband of 5-7%.
Известны плоские антенные решетки, щелевые излучатели которых выполнены на базе полосковых волноводов в печатном исполнении, а волноводно-фидерная система выполнена в виде прямоугольных пазов в основании. Такая конструкция после сборки подложки излучателей с этим основанием позволяет получить полые волноводы прямоугольного сечения и, соответственно, очень малые потери в системе питания. Эффективность таких антенных решеток не менее 80%. Однако конструкция не позволяет получить возможность приема сигналов двух поляризаций. Кроме того, невозможен прием сигналов круговой поляризации [4].Known flat antenna arrays, slot emitters which are made on the basis of strip waveguides in a printed version, and the waveguide-feeder system is made in the form of rectangular grooves in the base. This design, after assembling the substrate of the emitters with this base, makes it possible to obtain hollow rectangular waveguides and, accordingly, very small losses in the power supply system. The efficiency of such antenna arrays is at least 80%. However, the design does not allow the reception of signals of two polarizations. In addition, it is not possible to receive circular polarization signals [4].
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является плоская антенная решетка и микрополосковый излучатель. В плоской антенной решетке в качестве излучающих элементов применены антенны обратного излучения (АОИ). В качестве фидерной системы питания - полосковые линии, расположенные на общей плате и образующие две схемы питания возбуждающих элементов АОИ, имеющие общий выход. Такая антенная решетка позволяет принимать одновременно сигналы двух линейных или двух круговых поляризаций (в зависимости от положения конвертера) имеет эффективность не менее 65%, простую конструкцию и высокую технологичность. Толщина антенны без конвертера не превышает 30 мм [5, 6, 7].Closest to the proposed technical solution is a flat antenna array and microstrip emitter. In a flat antenna array, return radiation antennas (AOIs) are used as emitting elements. As a feeder power system, strip lines located on a common board and forming two power circuits of the AOI exciting elements with a common output. This antenna array allows you to simultaneously receive signals of two linear or two circular polarizations (depending on the position of the converter) has an efficiency of at least 65%, a simple design and high adaptability. The thickness of the antenna without a converter does not exceed 30 mm [5, 6, 7].
Однако применение в качестве фидерных - полосковых линий при размерах апертуры антенны не менее 450×450 мм, что необходимо для качественного приема сигналов с современных спутников, не позволяет получить потери в этих линиях меньше 1,2÷1,5 дБ. Это приводит к тому, что даже при очень высокой эффективности излучающего элемента решетки (свыше 90%), эффективность всей антенны не превышает 70%, а шумовая температура антенны составляет 90÷100К, что значительно больше, чем шумовая температура параболических антенн таких же размеров (40÷60К).However, the use of feeder-strip lines with antenna aperture sizes of at least 450 × 450 mm, which is necessary for high-quality reception of signals from modern satellites, does not allow to obtain losses in these lines of less than 1.2 ÷ 1.5 dB. This leads to the fact that even with a very high efficiency of the radiating element of the array (over 90%), the efficiency of the entire antenna does not exceed 70%, and the noise temperature of the antenna is 90 ÷ 100K, which is much more than the noise temperature of parabolic antennas of the same size ( 40 ÷ 60K).
Все это ограничивает применение таких плоских антенных решеток в качестве альтернативы параболическим антеннам.All this limits the use of such flat antenna arrays as an alternative to parabolic antennas.
Технической задачей данного изобретения по п.1 формулы изобретения является создание плоской антенной решетки для приема сигналов различных поляризаций, в которой бы обеспечивались простота и надежность конструкции, высокая технологичность изготовления и низкая стоимость при сохранении высокого коэффициента полезного действия и низкой шумовой температуры в широкой полосе частот. Решение достигается путем применения нового конструктивного элемента - полого полоскового волновода и возможности расположения при этом двух систем питания антенной решетки с параллельными схемами питания излучающих элементов и имеющих общий выход для приема сигналов различных поляризаций. В качестве излучающих элементов плоской антенной решетки возможно применение различных типов одиночных высокоэффективных излучателей антенны обратного излучения (АОИ).The technical task of the present invention according to claim 1 is the creation of a flat antenna array for receiving signals of various polarizations, which would ensure simplicity and reliability of the design, high manufacturability and low cost while maintaining a high efficiency and low noise temperature in a wide frequency band . The solution is achieved by using a new structural element - a hollow strip waveguide and the possibility of arranging two antenna array power systems with parallel power circuits for radiating elements and having a common output for receiving signals of different polarizations. As radiating elements of a planar antenna array, it is possible to use various types of single high-performance emitters of a reverse radiation antenna (AOI).
Поставленная задача по п.1 формулы изобретения решается плоской антенной решеткой, выполненной в виде многослойной структуры, состоящей из размещенных одна над другой защитной диэлектрической крышки, на внутренней поверхности которой установлена решетка с отражающими элементами, размещенными в узлах прямоугольной координатной сетки в виде групп проводящих площадок, выполненных в форме квадратов, и разделенных между собой проводящими перегородками на ячейки, проводящей платы с множеством излучающих отверстий и выступов, центры которых совпадают с центрами ячеек, образуя одиночные излучатели антенной решетки в виде антенн обратного излучения, диэлектрической пластины и проводящей пластины с множеством отверстий и выступов, содержащей две системы питания для одиночных излучателей и выходное отверстие, расположенное в центре плоской антенной решетки, в которую дополнительно введена диэлектрическая пластина, расположенная между проводящей пластиной и корпусом антенной решетки, симметрично относительно центра на равном удалении друг от друга размещены средние узлы полых-полосковых волноводов с выступами, при этом на поверхности проводящей платы, обращенной к диэлектрической пластине, по периметру на равном удалении друг от друга - малые узлы полых-полосковых волноводов с выступами, а в ее центре помещен большой узел полых-полосковых волноводов с выступами, причем из них в двух соосных входных волноводах установлены диэлектрические вставки для задержания волны H10 по фазе на угол Δφ=-90° или из них два входных соосных волновода имеют на определенном протяжении меньший размер широкой стенки для ускорения волны H10 по фазе на Δφ=90° на средней частоте рабочего диапазона частот, при этом на обеих поверхностях проводящей пластины в качестве диэлектрического покрытия использованы лак или ламинатор.The problem according to claim 1 is solved by a flat antenna array, made in the form of a multilayer structure, consisting of a protective dielectric cover placed one above the other, on the inner surface of which there is an array with reflective elements placed in nodes of a rectangular coordinate grid in the form of groups of conductive pads made in the form of squares and separated by conductive partitions into cells, conductive boards with many radiating holes and protrusions, the centers of which x coincide with the centers of the cells, forming single emitters of the antenna array in the form of return radiation antennas, a dielectric plate and a conductive plate with many holes and protrusions, containing two power systems for single emitters and an outlet located in the center of a flat antenna array, into which a dielectric plate located between the conductive plate and the antenna array body, the middle nodes are placed symmetrically relative to the center at an equal distance from each other hollow-strip waveguides with protrusions, while on the surface of the conductive plate facing the dielectric plate, at the same distance from the perimeter there are small nodes of hollow-strip waveguides with protrusions, and a large node of hollow-strip waveguides with protrusions is placed in its center moreover, of these, in two coaxial input waveguides, dielectric inserts are installed to hold the H 10 wave in phase by an angle Δφ = -90 °, or of which two input coaxial waveguides have a certain smaller wide wall size for acceleration wave H 10 in phase by Δφ = 90 ° at the average frequency of the operating frequency range, while on both surfaces of the conductive plate, a varnish or laminator was used as a dielectric coating.
Технической задачей данного изобретения по п.2 формулы изобретения является создание плоской антенной решетки для приема сигналов различных поляризаций, в которой бы обеспечивались простота и надежность конструкции, высокая технологичность изготовления и низкая стоимость при сохранении высокого коэффициента полезного действия и низкой шумовой температуры в широкой полосе частот. В качестве излучающих элементов плоской антенной решетки в данном варианте возможно применение двухзеркальных зонированных антенн с замедляющей структурой рупорных антенн, имеющих толщину не более половины длины волны.The technical task of the present invention according to
Поставленная задача по п.2 формулы изобретения решается плоской антенной решеткой, выполненной в виде многослойной структуры, состоящей из размещенных одна над другой защитной диэлектрической крышки, на внутренней поверхности которой размещены отражающие элементы, диэлектрической пластины и проводящей пластины с множеством отверстий и выступов, содержащей две системы питания для одиночных излучателей и выходное отверстие, расположенное в центре плоской антенной решетки, в которую введены большие зеркала двухзеркальных зонированных антенн с замедляющей гребенкой, которые установлены на определенном расстоянии от внутренней поверхности защитной диэлектрической крышки, а над ними размещены диэлектрическая пластина и проводящая пластина с множеством отверстий и выступов, центры которых совпадают с центрами отверстий, выполненных в больших зеркалах, при этом над проводящей пластиной установлена диэлектрическая пластина, расположенная между проводящей пластиной с множеством отверстий и выступов и корпусом антенной решетки, а на ее поверхности, обращенной к корпусу антенной решетки, симметрично относительно центра на равном удалении друг от друга размещены средние узлы полых-полосковых волноводов с выступами, под проводящей пластиной на диэлектрической пластине в ее центре помещен большой узел полых-полосковых волноводов с выступами, причем из них в двух соосных входных волноводах установлены диэлектрические вставки для задержания волны H10 по фазе на угол Δφ=-90° или из них два входных соосных волновода имеют на определенном протяжении меньший размер широкой стенки для ускорения волны Н10 по фазе на угол Δφ=90° на средней частоте рабочего диапазона частот, при этом отражающие элементы выполнены в виде проводящих выступов - малых зеркал двухзеркальных зонированных антенн, а на обеих поверхностях проводящей пластины и поверхностях выступов полосковых волноводов в качестве диэлектрического покрытия использованы лак или ламинатор.The task according to
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art, including a search by patents and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allows us to establish that the applicant has not found technical solutions characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype made it possible to identify a set of essential (with respect to the technical result perceived by the applicant) distinctive features in the claimed object set forth in the claims.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.
Сведений об известности отличительных признаков, касающихся применения полосковых-полых волноводов для выполнения двух систем питания одновременно для различных поляризаций (эллиптической, двух круговых и/или двух линейных) на одной поверхности одной диэлектрической платы с параллельным питанием возбуждающих элементов при общем выходе, размещенном в центральной части антенной решетки, не имеется.Information on the prominence of the distinguishing features regarding the use of strip-hollow waveguides for performing two power systems simultaneously for different polarizations (elliptical, two circular and / or two linear) on the same surface of a single dielectric board with parallel power supply of exciting elements with a common output located in the central parts of the antenna array are not available.
На основании этого сделан вывод, что предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".Based on this, it was concluded that the invention meets the criterion of "inventive step".
На фиг.1 изображена плоская антенная решетка без корпуса, выполненная согласно изобретению в прямоугольной изометрической проекции;Figure 1 shows a flat antenna array without a housing, made according to the invention in a rectangular isometric view;
на фиг.2 изображен вариант плоской антенной решетки в разрезе с излучающим элементом в виде антенны обратного излучения;figure 2 shows a variant of a planar antenna array in section with a radiating element in the form of a return radiation antenna;
на фиг.3 - вариант плоской антенной решетки в разрезе с излучающим элементом в виде двухзеркальной зонированной антенны с замедляющей структурой;figure 3 is a variant of a flat antenna array in section with a radiating element in the form of a two-mirror zoned antenna with a slowing structure;
на фиг.4 - полый-полосковый волновод в прямоугольной изометрической проекции;figure 4 - hollow-strip waveguide in a rectangular isometric projection;
на фиг.5 - большой полый-полосковый волновод, вид сверху;figure 5 is a large hollow-strip waveguide, top view;
на фиг.6 - большой полый-полосковый волновод, выполненный согласно изобретению с замедляющими диэлектрическими вставками;Fig.6 is a large hollow-strip waveguide, made according to the invention with slow-down dielectric inserts;
на фиг.7 - фрагмент большого полого-полоскового волновода с уменьшенными размерами широких стенок входных волноводов;Fig.7 is a fragment of a large hollow-strip waveguide with reduced dimensions of the wide walls of the input waveguides;
на фиг.8 - полый-полосковый волновод в разрезе с нанесенным на внешнюю поверхность выступа диэлектрическим покрытием;on Fig - hollow-strip waveguide in section with deposited on the outer surface of the protrusion of the dielectric coating;
на фиг.9 - полый-полосковый волновод в разрезе с нанесенным на обе поверхности проводящей пластины диэлектрическим покрытием;Fig.9 is a hollow-strip waveguide in a section with a dielectric coating deposited on both surfaces of the conductive plate;
на фиг.10 - приведены зависимости коэффициента усиления плоской антенной решетки с одиночным излучателем в виде антенны обратного излучения для сигналов круговой поляризации (кривая 1 - для правой круговой поляризации, кривая 2 - для левой круговой поляризации);figure 10 shows the dependence of the gain of a flat antenna array with a single emitter in the form of a reverse radiation antenna for circular polarization signals (curve 1 for right circular polarization,
на фиг.11 - приведены зависимости развязки по поляризации в диапазоне частот плоской антенной решетки с одиночным излучателем в виде антенны обратного излучения для сигналов круговой поляризации (кривая 1 - для правой круговой поляризации, кривая 2 - для левой круговой поляризации);figure 11 shows the polarization isolation in the frequency range of a flat antenna array with a single emitter in the form of a reverse radiation antenna for circular polarization signals (curve 1 for right circular polarization,
на фиг.12 - приведены зависимости в диапазоне частот коэффициента усиления плоской антенной решетки с одиночным излучателем в виде двухзеркальной зонированной антенны с заземляющей структурой для сигналов круговой поляризации (кривая 1 - для правой круговой поляризации, кривая 2 - для левой круговой поляризации);on Fig - dependences in the frequency range of the gain of a flat antenna array with a single emitter in the form of a two-mirror zoned antenna with a grounding structure for circular polarization signals (curve 1 for right circular polarization,
на фиг.13 - приведены зависимости в диапазоне частот развязки по поляризации плоской антенной решетки с одиночным излучателем в виде двухзеркальной зонированной антенны с замедляющей структурой для сигналов круговой поляризации (кривая 1 - для правой круговой поляризации, кривая 2 - для левой круговой поляризации).Fig. 13 shows the dependences in the frequency isolation range of the polarization of a flat antenna array with a single emitter in the form of a two-mirror zoned antenna with a delay structure for circular polarization signals (curve 1 for right circular polarization,
Плоская антенная решетка (фиг.1, 2, 3), выполненная в виде многослойной структуры, состоит из размещенных одна над другой защитной диэлектрической крышки 1, на внутренней поверхности которой установлена решетка с отражающими элементами 2, размещенными в узлах прямоугольной координатной сетки в виде групп проводящих площадок 3, выполненных в форме квадратов, и разделенными между собой проводящими перегородками 4 на ячейки, проводящей платы 5 (фиг.1, 2) с множеством излучающих отверстий 6 и выступов 7 для улучшения связи (фиг.2), центры которых совпадают с центрами ячеек, образуя одиночные излучатели антенной решетки в виде антенн обратного излучения, диэлектрической пластины 8 и проводящей пластины 9 с множеством отверстий 10, 11 и выступов 12, содержащей две системы питания для одиночных излучателей (поз. не указана) и выходное отверстие 13, расположенное в центре плоской антенной решетки. Установлена дополнительная диэлектрическая пластина 14, расположенная между проводящей пластиной 9 и корпусом 15 антенной решетки, а на ее поверхности, обращенной к корпусу антенной решетки, симметрично относительно центра на равном удалении друг от друга размещены средние узлы полых-полосковых волноводов 16 с выступами 17. На поверхности проводящей платы 5, обращенной к диэлектрической пластине 8, по периметру на равном удалении друг от друга размещены малые узлы полых-полосковых волноводов 18 с выступами 7 (фиг.1, 2), а в ее центре помещен большой узел полых-полосковых волноводов 19 с выступами 7, причем из них в двух соосных входных волноводах установлены диэлектрические вставки 20 (фиг.6), а два других входных соосных волновода имеют на определенном протяжении меньший размер широкой стенки 21, при этом на обеих поверхностях проводящей пластины 9 диэлектрические пластины 22 выполнены в виде пленки лака или ламината. В качестве фидерных линий в плоской антенной решетке применяется полый-полосковый волновод (фиг.4), широкие стенки которого являются частями проводящих платы 5 и пластины 9. Внутренние поверхности узких стенок 23, 24 полых-полосковых волноводов 25, 26, 27, 28 выполнены из проводящего материала и имеют гальванический контакт с одной из широких стенок, являющейся частью проводящей платы 5 (фиг.4, 5, 8, 9). Другая широкая стенка является частью проводящей пластины 9, разделенной с узкими стенками 23, 24 диэлектрической пластиной 8.A flat antenna array (Figs. 1, 2, 3), made in the form of a multilayer structure, consists of a protective dielectric cover 1 placed one above the other, on the inner surface of which there is an array with reflecting
Для распространения волны Н10 в таком волноводе необходимо, чтобы в плоскостях, лежащих относительно продольной оси полого-полоскового волновода O1-O1 (фиг.4), на расстоянии, приблизительно равном половине ширины волновода а/2, выполнялись нулевые граничные условия Еy=0.For the propagation of the wave H 10 in such a waveguide, it is necessary that in the planes lying relative to the longitudinal axis of the hollow-strip waveguide O 1 -O 1 (Fig. 4), at a distance approximately equal to half the width of the waveguide a / 2, zero boundary conditions E y = 0.
Для этого узкие стенки 23, 24 волновода выполнены на внутренней стенке с выступами 28, 29, имеющими высоту b, приблизительно равную высоте полого-полоскового волновода 25, и ширину l, которая выбирается из условийFor this,
, ,
где λо max - максимальная длина волны рабочего диапазона частот;where λ about max - the maximum wavelength of the working frequency range;
εr - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрической пластины 8. На всей длине выступов 28, 29 выполнены пазы 30 шириной d=0,04÷0,3λo max и глубиной h=0,03÷0,2λo max с шагом L=0,1÷0,3λo max. Эти пазы разделяют верхнюю металлизированную поверхность 31 на множество отрезков полосковых линий (поз. не указана) шириной W=L-d и длиной l, приблизительно равной четверти длины волны в диэлектрике с εr.εr is the relative dielectric constant of the
Вместо диэлектрических пластин 8 и 14, отделяющих малые, средние и большой волноводные узлы от проводящих платы 5 и пластины 9, на поверхности выступов 28 и 29 диэлектрические пластины выполнены в виде пленки лака или ламината 31 (фиг.4, 8). Соответственно, покрытие 22 может быть нанесено на поверхности проводящей пластины 9 (фиг.9).Instead of the
Между диэлектрической крышкой 1 и корпусом 15 плоской антенной решетки установлен герметизирующий резиновый валик 32.Between the dielectric cover 1 and the
В качестве излучающего элемента плоской антенной решетки в другом варианте может быть использована двухзеркальная зонированная антенна 33 с замедляющей гребенкой 34, отражающие элементы, выполненные в виде проводящих выступов 35 и малых зеркал 36 двухзеркальных зонированных антенн. Применение двухзеркальной зонированной антенны 33 с заземляющей гребенкой 34 с размерами большого зеркала Dзер=4÷5λo max и высотой Hзер≤0,5λо max в качестве одиночного излучателя плоской антенной решетки позволяет упростить предлагаемую конструкцию и не применять в ней малые узлы полых-полосковых волноводов 18, а также не устанавливать диэлектрическую пластину 8 и проводящую плату 5.As a radiating element of a flat antenna array, in another embodiment, a two-mirror zoned
Плоская антенная решетка работает следующим образом.Flat antenna array operates as follows.
Рассмотрим одиночный излучатель плоской антенной решетки в режиме передачи. При возбуждении волной Н11 плоской антенной решетки волна через отверстие 13 в проводящей пластине 9 попадает на турникетное соединение 37 волноводов 25, 26, 27, 28 большого узла полых-полосковых волноводов 19 и в зависимости от положения центрального вектора Е поляризации волны Н11 относительно продольных осей волноводов 25, 26, 27, 28 происходит запитка как пар 25, 26 или 27, 28 соосных волноводов, если вектор Е волны Н11 лежит вдоль их продольных осей, так и всех волноводов 25, 26, 27, 28 турникетного соединения 37, если вектор Е волны Н11 находится под углом φ, где 0<φ<90° к их продольным осям. При этом если вектор Е падающей волны Н11 лежит вдоль продольных осей волноводов 25 и 26, то в этих волноводах возбуждаются равноамплитудные и противофазные волны Н10, которые через соответствующие "Н"-тройники 38 переходы 40, а затем через соответствующие отверстия в проводящей пластине 9, через средние узлы полых-полосковых волноводов 16, через отверстия 10 в проводящей пластине 9, через малые узлы полых-полосковых волноводов 18 и через соответствующие излучающие отверстия 6 в проводящей плате 5 возбуждают в каждом элементе и во всей антенной решетке волну вертикальной (V) поляризации. При повороте вектора Е падающей волны Н11 на 90° относительно прежнего положения (φ=90°) в антенной решетке первоначально возбуждаются волноводы 27, 28, а во всей антенной решетке возбуждается волна горизонтальной (Н) поляризации.Consider a single emitter of a flat antenna array in transmission mode. When a flat antenna array is excited by wave H 11, the wave through the hole 13 in the
При повороте вектора Е на угол φ1=45° или на угол φ2=135° относительно первоначального положения (продольной оси волноводов 25, 26) возбуждаются в плоской антенной решетке с одинаковой амплитудой и синфазно волны как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией.When the vector E is rotated through an angle φ 1 = 45 ° or by an angle φ 2 = 135 ° relative to the initial position (the longitudinal axis of the
В результате плоская антенная решетка излучает линейно-поляризованную волну, лежащую в плоскости, проходящей через одну из диагональных осей антенны. Если между горизонтально и вертикально поляризованными волнами осуществить сдвиг по фазе на угол Δφ=±90° с помощью диэлектрических вставок 20 (фиг.6) или с уменьшенными размерами широких стенок 21 волноводов (фиг.7) в плоской антенной решетке возбуждаются волны круговой поляризации. Если вектор Е повернут на угол φ1=45° относительно продольной оси волноводов 25, 26 возбуждается волна левой круговой поляризации (LC), если вектор Е повернут на угол φ2=135° (-45°) относительно продольной оси волноводов 25, 26 возбуждается волна правой круговой поляризации (RC).As a result, a planar antenna array emits a linearly polarized wave lying in a plane passing through one of the diagonal axes of the antenna. If a phase shift is made between horizontally and vertically polarized waves by an angle Δφ = ± 90 ° using dielectric inserts 20 (Fig. 6) or with reduced dimensions of the
При иных, отличных от 0°, 45°, 90°, 135°, положениях вектора Е падающей волны Н11 относительно продольных осей волноводов 25, 26 в плоской антенной решетке возбуждаются волны эллиптической поляризации, при этом 0<æ<1, где - æ коэффициент эллиптичности.For other positions of the vector E of the incident wave H 11 , other than 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, relative to the longitudinal axes of the
При работе волновода на выступах 28, 29 полосковых линий возбуждается волна типа ТЕМ на внешней узкой стенке 24 полосковая линия 29 размыкается и образуется режим холостого хода (фиг.4). На внутренней же стенке выступа, точнее вблизи ее, выполняются нулевые граничные условия для электрического поля Ey=0. Возникает как бы гальванический контакт между узкими стенками 23 полого-полоскового волновода 25 и верхней широкой стенкой проводящей пластины 9, несмотря на то, что верхняя широкая стенка проводящей пластины 9 отделена от узких стенок 23 и 24 диэлектрической пластиной 8. При правильно выбранных размерах волноводов, выступов и пазов в них потери в полых-полосковых волноводах лишь на 10÷30% превышают потери в полых-полосковых волноводах, но в несколько раз меньше, чем в самых лучших полосковых линиях.When the waveguide is operating on the
После возбуждения волноводов 25 и 26 турникетного соединения 37 сигнал в виде волны Н10 поступает на "Н"-тройники 38, 39 большого узла полых-полосковых волноводов 19, делится поровну и синфазно между плечами 41 и 42, поступает через переход 43, через соответствующие отверстия в проводящей пластине 9 поступает на средние узлы полых-полосковых волноводов 16, делится на них вначале поровну и противофазно, затем поровну и синфазно и через отверстия 10 в проводящей пластине 9 поступает на малые узлы полых-полосковых волноводов 18, еще раз делится поровну и противофазно, а затем поровну и синфазно и через соответствующие излучающие отверстия 6 в проводящей плате 5 в каждом излучающем элементе 2 и во всей плоской антенной решетке на волну вертикальной (V) поляризации.After the excitation of the
Так как система питания плоской антенной решетки выполнена по параллельной схеме и с равноамплитудным делением в волноводных тройниках 38, 39 всех узлов полых-полосковых волноводов 18, 19, 16, то все излучающие элементы 2 плоской антенной решетки синфазные, а поле на ее поверхности близко к равноамплитудному, поэтому коэффициент использования плоскости раскрыва антенны приближается к единице.Since the power system of the flat antenna array is made in a parallel manner and with equal amplitude division in the
Плоская антенная решетка с двухзеркальной зонированной антенной с замедляющей гребенкой работает следующим образом.A flat antenna array with a two-mirror zoned antenna with a retarding comb works as follows.
В варианте использования в качестве излучающего элемента плоской антенной решетки двухзеркальной зонированной антенны 33 с замедляющей гребенкой 34 на поверхности большого зеркала зонирование, как и в линзовых антеннах, необходимо для уменьшения высоты Нзер (толщины) антенны. Так, при наличии трех зон на поверхности большого зеркала 33 Dзер=4÷5λo max, высота такой антенны Hзер≤0,5λo max, наличие замедляющей гребенки 34 на поверхности большого зеркала 33 позволяет оптимизировать амплитудное распределение в такой антенне и выровнить диаграммы направленности такой антенны в "Е" и "Н" плоскостях, получить коэффициент использования поверхности антенны КИП>0,87 в широкой полосе частот.In the embodiment of using a two-mirror zoned
При возбуждении волной Н11 волна через отверстие 13 в проводящей пластине 9 попадает на турникетное соединение 37 волноводов 25, 26, 27, 28 большого узла полых-полосковых волноводов 19. В зависимости от положения вектора Е относительно продольных осей волноводов 25, 26, 27, 28 турникетного соединения 37 происходит запитка как пары соосных волноводов 25, 26 или 27, 28 турникетного соединения 37, так и всех волноводов, если вектор Е лежит под углом φ, где 0<φ<90° к их продольным осям. После возбуждения волноводов 25, 26 или 27, 28 турникетного соединения, сигнал в виде волны Н10 поступает на "Н"-тройники 38, 39 большого узла полых-полосковых волноводов 19, делится поровну и синфазно между плечами 41 и 42 "Н"-тройника 38 и поступает через отверстия 11 в проводящей пластине 9 в средний узел полых-полосковых волноводов 16, в котором вначале сигнал делится равноамплитудно и противофазно, затем каждый из этих сигналов делится равноамплитудно и синфазно на соответствующих "Н"-тройниках 38, 39 этого узла 16 и поступает синфазно и с одинаковой амплитудой через отверстия 10 в проводящей пластине 9 на одиночные излучатели в виде двухзеркальной зонированной антенны 33 с замедляющей гребенкой 34. Поляризация излучаемого сигнала зависит от положения вектора Е относительно продольных осей волноводов 25, 26, 27, 28. Если вектор Е падающей волны Н11 совпадает с продольными осями волноводов 25 и 26, плоская антенная решетка излучает волну горизонтальной (Н) поляризации. Если вектор Е повернут на 90° относительно продольных осей волноводов 25, 26, плоская антенная решетка излучает волну вертикальной (V) поляризации. При повороте вектора Е падающей волны Н11 на 45° или на 135° (-45°) в плоской антенной решетке возбуждаются волны одновременно и с одинаковой амплитудой волны с горизонтальной и с вертикальной поляризацией и при сдвиге между ними по фазе на угол ±90° плоской антенной решеткой излучаются волны круговой поляризации. Если вектор Е падающей волны повернут на угол φ=45° относительно продольных осей волноводов 25, 26, в плоской антенной решетке возбуждается волна левой круговой поляризации (LC), если вектор Е повернут на угол φ=135° (-45°), возбуждается соответственно волна правой круговой поляризации (RC).When excited by wave H 11, the wave through the hole 13 in the
При иных, отличных от 0°, 45°, 90°, 135°, положениях вектора Е относительно продольных осей волноводов 25, 26 турникетного соединения 37, в плоской антенной решетке возбуждаются волны эллиптической поляризации с коэффициентом эллиптичности 0<æ<1.For other positions of the vector E other than 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, relative to the longitudinal axes of the
Выполненная согласно изобретению плоская антенная решетка с различными поляризациями и используемая для непосредственного приема спутникового телевидения при размерах излучающей апертуры 456х456 мм и толщине 30 мм имеет в диапазоне частот 11,7÷12,75 ГГц для обеих круговых поляризаций коэффициент усиления не менее 34,9 дБ, развязка по поляризации не менее 23,6 дБ (фиг.10, 11).The flat antenna array made according to the invention with different polarizations and used for direct reception of satellite television with a radiating aperture size of 456x456 mm and a thickness of 30 mm has a gain of at least 34.9 dB in both circular polarizations in the frequency range 11.7 ÷ 12.75 GHz , isolation of the polarization of at least 23.6 dB (figure 10, 11).
Коэффициент усиления плоской антенной решетки при приеме сигналов двух линейных поляризаций не менее 35 дБ в полосе частот 11,7÷12,75 ГГц, развязка по поляризации при этом не менее 24,4 дБ.The gain of a flat antenna array when receiving signals of two linear polarizations is not less than 35 dB in the frequency band 11.7 ÷ 12.75 GHz, and the isolation by polarization is not less than 24.4 dB.
Коэффициент усиления плоской антенной решетки, выполненной согласно изобретению п.2 на базе двухзеркальных зонированных антенн с замедляющей гребенкой, при размерах излучающей апертуры 456×456 мм и толщине 24 мм в диапазоне частот 10,7÷12,75 ГГц для обеих круговых поляризаций не менее 34,5 дБ, развязка по поляризации не менее 23 дБ (фиг.12, 13).The gain of a flat antenna array, made according to the invention of
Для обеих линейных поляризаций не менее 34,7 дБ, развязка по поляризации не менее 24,2 дБ.For both linear polarizations not less than 34.7 dB, isolation by polarization is not less than 24.2 dB.
Источники информацииInformation sources
1. Европейский патент №0434268, Н 01 Q 9/04, публ. 26.06.91.1. European patent No. 0434268, H 01
2. Патент США №4761653, Н 01 Q 1/38, публ. 02.08.88.2. US patent No. 4761653, H 01 Q 1/38, publ. 08/02/88.
3. Патент США №4833482, Н 01 Q 1/38, публ. 23.05.89.3. US patent No. 4833482, H 01 Q 1/38, publ. 05/23/89.
4. Европейский патент №0543519, Н 01 Q 21/06, публ. 25.05.93.4. European patent No. 0543519, H 01
5. Патент России №2024129, Н 01 Q 13/10, публ. 20.06.95.5. Patent of Russia No. 2024129, H 01 Q 13/10, publ. 06/20/95.
6. Международная заявка РСТ/RU 95/00129, публ. 14.12.95.6. International application PCT / RU 95/00129, publ. 12/14/95.
7. Патент США №5,936,579, Н 01 Q 1/38, публ. 10.08.99.7. US patent No. 5,936,579, H 01 Q 1/38, publ. 08/10/99.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004123934/09A RU2276437C2 (en) | 2004-08-06 | 2004-08-06 | Flat antenna array (alternatives) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004123934/09A RU2276437C2 (en) | 2004-08-06 | 2004-08-06 | Flat antenna array (alternatives) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004123934A RU2004123934A (en) | 2006-01-27 |
RU2276437C2 true RU2276437C2 (en) | 2006-05-10 |
Family
ID=36047408
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004123934/09A RU2276437C2 (en) | 2004-08-06 | 2004-08-06 | Flat antenna array (alternatives) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2276437C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799836C2 (en) * | 2018-08-02 | 2023-07-12 | Виасат, Инк. | Antenna element module |
US11936124B2 (en) | 2018-08-02 | 2024-03-19 | Viasat, Inc. | Antenna element module |
-
2004
- 2004-08-06 RU RU2004123934/09A patent/RU2276437C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799836C2 (en) * | 2018-08-02 | 2023-07-12 | Виасат, Инк. | Antenna element module |
US11936124B2 (en) | 2018-08-02 | 2024-03-19 | Viasat, Inc. | Antenna element module |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004123934A (en) | 2006-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11626652B2 (en) | Ridge gap waveguide and multilayer antenna array including the same | |
JP2648421B2 (en) | Antenna structure having continuous transverse stub element and method of manufacturing the same | |
Hirokawa et al. | Efficiency of 76-GHz post-wall waveguide-fed parallel-plate slot arrays | |
JP2751683B2 (en) | Multi-layer array antenna device | |
EP0456680B1 (en) | Antenna arrays | |
CN107331974B (en) | Circular polarized antenna based on ridge gap waveguide | |
US6731241B2 (en) | Dual-polarization common aperture antenna with rectangular wave-guide fed centered longitudinal slot array and micro-stripline fed air cavity back transverse series slot array | |
KR0184529B1 (en) | Slot-coupled fed dual circular polarization tem mode slot array antenna | |
CN110534923B (en) | Beam forming antenna structure and design method | |
US20030122724A1 (en) | Planar array antenna | |
KR100270212B1 (en) | Planar antenna array and associated microstrip radiating element | |
JPWO2006098054A1 (en) | Planar antenna module, triplate type planar array antenna, and triplate line-waveguide converter | |
CN109742538B (en) | Millimeter wave phased array magnetic dipole antenna of mobile terminal and antenna array thereof | |
CA3096346C (en) | Array antenna apparatus and communication device | |
WO2018088106A1 (en) | Slot array antenna | |
JPH1146114A (en) | Stacked aperture antenna and multi-layer circuit board containing the same | |
JPH10190349A (en) | Dielectric wavegudie slot antenna | |
CN109560388B (en) | Millimeter wave broadband circularly polarized antenna based on substrate integrated waveguide horn | |
RU2276437C2 (en) | Flat antenna array (alternatives) | |
US6426726B1 (en) | Polarized phased array antenna | |
JPH11191707A (en) | Planar array antenna | |
CN115764269A (en) | Holographic antenna, communication equipment and preparation method of holographic antenna | |
JPH09502587A (en) | Continuous transverse stub element device and manufacturing method thereof | |
CN210926321U (en) | Strip line feed broadband millimeter wave antenna unit | |
WO1996010277A9 (en) | Planar high gain microwave antenna |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070807 |