Широкосмугова антенна решітка з полем випромінювання кругової поляризації

Широкосмугова фазована антенна решітка з полем випромінювання кругової поляризації, що складається зі спіральних випромінювачів, розташовуваних по кутах квадрата над екраном, містить схему розподілу потужності та фазообертачі, яка відрізняється тим, що в решітці точки живлення спіралей розміщуються на сторонах квадрата при обході його за годинниковою стрілкою, при цьому спіральні випромінювачі при обході решітки за годинниковою стрілкою повинні збуджуватися з фазами 0°, 90°, 180°, 270°. (19) (21) u200708107 (22) 17.07.2007 (24) 25.03.2008 (46) 25.03.2008, Бюл.№ 6, 2008 рік (72) ЛОБКОВА ЛЮБОВ МИХАЙЛІВН А, U A, ГОЛОВІН ВЛАДИСЛАВ ВІКТОРОВИЧ, U A, ЛУК'ЯНЧИКОВ АНДРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, U A, ТРОЇЦЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ВІКТОРОВИЧ, UA, ТИЩУК ЮРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, U A, ШЕВЧУК СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, U A (73) ЛОБКОВА ЛЮБОВ МИХАЙЛІВН А, U A, ГОЛОВІН ВЛАДИСЛАВ ВІКТОРОВИЧ, U A, ЛУК'ЯНЧИКОВ АНДРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, U A, ТРОЇЦЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ВІКТОРОВИЧ, UA, ТИЩУК ЮРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, U A, ШЕВЧУК СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, 3 30954 array antenna. Takayasu Shiokawa, Yoshio Karasawa (Japan). Заявлено 02.01.1981. Опубл. 23.08.1983]. Однак така антена має відносно малий діапазон робочих частот, наявність екранів навколо кожного елемента решітки погіршує частотні характеристики антени, ускладнює її конструкцію, особливо при побудові багатоелементної антенної решітки. Значення КЕ не більше 0,9 обмежує область застосування даної антени. Метою корисної моделі є зменшення взаємного впливу між елементами решітки, розширення робочого діапазону частот, збільшення коефіцієнта підсилення, одержання коефіцієнта еліптичності близького до одиниці при мінімальній кількості випромінювачів у решітці - за рахунок створення необхідного режиму збудження випромінювачів у решітці з використанням у ДУС мінімального числа елементів. Поставлена мета досягається тим, що в решітці використаються чотири спіральних випромінювачі, які розташовуються по кутах квадрата, як показано на Фіг.1. Геометрія циліндричних спіралей описується співвідношеннями: x=acosa; y=asina; z=aatgb, де a - центральний кут, що змінюється від 0 до 2pn, n - кількість витків спіралі, b - кут намотування витків спіралі, а - радіус циліндричної утворюючої. Циліндричні спіральні випромінювачі мають однакові геометричні параметри: кут нахилу витків спіралі b, крок намотування h, діаметр циліндра d, кількість витків спіралі п вибираються зі співвідношень: b=9°...13° h=(0,16...0,19) l0, d=(0,25...0,35) l0, n=5...7. (l0 - довжина хвилі на центральній частоті діапазону) Поставлена мета досягається за рахунок використання залежності фазової структури поля випромінювання спіральної антени від розподілу щільності струму на поверхні провідника спіралі. Причому в рештці розташування випромінювачів та режим збудження кожного з них вибирається таким чином, щоб формовані ними поля основної поляризації були синфазні. Для створення необхідного режиму збудження використовується ДУС, що містить дільник потужності та фазообертачі. Поставлена мета досягається шляхом повороту спіральних випромінювачів до положення, показаного на Фіг.2, коли точки живлення спіралей розміщення на сторонах квадрата при обході його по годинній стрілці. У цьому випадку для формування поля кругової поляризації випромінювачі збуджуються у квадратурі (фази струму живлення спіральних випромінювачів повинні бути 0°, 90°, 180°, 270° при обході решітці по годинній стрілці). Дана схема живлення дозволяє усунути взаємний вплив між всіма випромінювачами. В наслідок цього вхідні характеристики всіх чотирьох випромінювачів повністю збігаються. 4 Запропонована схема побудови антенної решітки дозволяє гранично зменшити взаємний вплив випромінювачів і значно збільшити розв'язку по поляризації. Вхідні характеристики чотирьох спіральних випромінювачів повністю збігаються у Df = 70% відносному діапазоні частот f0 . На Фіг.3б показана залежність максимального коефіцієнта еліптичності (КЕ) для циліндричної спіральної антени (крива 1) та для 4-х елементної решітки, побудованої за схемою на Фіг.2 (крива 2), У всій Df = 70% розглянутій смузі частот f0 антенна решітка забезпечують в осьовому напрямку кругову поляризацію випромінювання. На Фіг.3б приведена кутова залежність КЕ на частоті f=4 ГГЦ 2p k= l ), відповідно до (що відповідає kа=1,21, де якої кругова поляризація випромінювання зберігається в широкому секторі кутів діаграми спрямованості решітці. ДС антенної решітки в площині XOZ по лінійних складових представлена на Фіг.4а. Залежність коефіцієнта спрямованої дії (КСД) у діапазоні частот представлена на Фіг.4б. Ці властивості запропонованої конструкції антенної решітки є новими, оскільки в прототипі взаємний вплив спіральних випромінювачів зменшується за рахунок введення в конструкцію антени додаткових екранів, які відсутні в запропонованій конструкції. У запропонованій конструкції ця мета досягнута за рахунок вибору схеми розміщення точок живлення випромінювачів у решітці та створення необхідного фазового режиму збудження спіральних випромінювачів. Запропонована схема розміщення спіральних випромінювачів на відміну від прототипу дозволяє без ускладнення конструкції антенної решітки з використанням мінімального числа простих у виготовленні малогабаритних випромінювачів Df = 70% розширити діапазон робочих частот до f0 . Вхідний опір всіх чотирьох спіральних випромінювачів повністю збігаються й близькі за значенням до вхідного опору одиночної спіральної антени. Досягнуте спрощення конструкції антенної решітки дозволяє сформувати поле випромінювання з КЕ рівним 1. У напрямку, що відповідає рівню половинної потужності ДС значення КЕ незначно зменшується до 0,95...0,98. У діапазоні частот антенна решітка, що розроблена, формує осесиметричну ДС з шириною головного пелюстка 20°...30° при рівні бічного випромінювання -15...-20дБ. КСД у всьому діапазоні частот практично постійний і складає 16...18дБ. Антена містить спіральні випромінювачі і, екран 2, діаграмоутворюючу схему 3, лінії живлення спіральних випромінювачів 4. ДУС при роботі антени в режимі передачі служить для формування із вхідного сигналу, що подається на вхід 5, чотирьох сигналів рівної амплітуди, яки 5 30954 подаються на лінії живлення 4. Тип і структура ліній живлення 4, їхні розміри вибираються так, щоб разом з ДУС забезпечувати необхідний режим збудження випромінювачів в решітці: в точках живлення спіралей I, II, III, IV фази струму складають 0°, 90°, 180°, 270°, відповідно. У режимі прийому чотири сигнали надходять по лініям 4 у ДУС, складаються та результуючий сумарний сигнал надходить на вихід 5. Чотирьохелементну решітку, що була розроблена, можна використовувати як самостійну антену або у складі антенних решіток для формування однопроменевої і/або багатопроменевої діаграми спрямованості, для здійснення керування діаграмою спрямованості, поляризацією випромінювання, для побудови адаптивних антенних решіток. Розроблену решітку можна також використовува ти як первинний опромінювач дзеркальної антени або у складі антенної решітки, що використовується як первинний опромінювач. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю конструкції антени, що заявлена, і досягнутого технічного результату складається в забезпеченні однакової електричної відстані між точками живлення будь-яких трьох сусідніх спіралей з однаковим напрямком намотування провідника та унаслідок синфазного додавання складової поля випромінювання основної поляризації і взаємної компенсації паразитної поляризаційної складової поля, що формуються чотирма спіральними випромінювачами. Антена містить чотири спіральних випромінювачі, розміщених по кутах квадрата, ДУС та лінії живлення випромінювачів. Як випромінювачі використаються циліндричні спіральні антени, а також можуть використовува тися інші варіанти об'ємних або плоских спіральних антен та їхньої модифікації (конічні, циліндро-конічні, сферо-циліндричні, двох- та багатозахідні спіральні випромінювачі й т.д.). При цьому для циліндричної спіральної антени кут нахилу витків спіралі b, крок намотування h, діаметр циліндра d, кількість витків спіралі п вибираються зі співвідношень: b=9°...13°, h=(0,16...0,19)l, d=(0,25...0,35)l, n=5...7. У решітці, згідно фіг.2, спіральні антени I ,II, III, IV зб уджуються з фазами 0°, 90°, 180°, 270°, відповідно. Поле випромінювання кругової поляризації при мінімальному взаємному впливі випромінювачів формується внаслідок розміщення спіральних випромінювачів, що збуджуються у квадратурі, по кутах квадрата, а точки живлення спіралей розміщаються на сторонах квадрата при обході його по годинній стрілці. Всі спирали розташовуються над екраном. При використанні в одному випромінювачі кількості спіралей кратного двом при відповідному їхньому збудженні екран можна виключити. 6