EA001583B1

EA001583B1 - Плоская двухчастотная антенная решетка

Info

Publication number: EA001583B1
Application number: EA199900082A
Authority: EA
Inventors: Шем-Тов Леви
Original assignee: Скайгейт Интернэшнл Текнолоджи Н.В.
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 2001-06-25
Also published as: BG63324B1; ATE201940T1; NO986200D0; BG103100A; BR9612654A; PT907983E; DE69613244T2; PL330867A1; HUP0001166A3; CZ437498A3; DK0907983T3; CA2259564A1; EP0907983B1; CN1226344A; ES2160823T3; IL127804A0; NO986200L; EA199900082A1; EP0907983A1; GR3036554T3

Abstract

Двухчастотная антенная решетка, имеющая по существу плоскую структуру, выполненная с возможностью электронного управления лучом в диапазоне низких и высоких частот независимо друг от друга и сконструированная в слоевом исполнении из верхнего модуля плоской антенной решетки, работающего в диапазоне низких частот, и нижнего модуля плоской антенной решетки, работающего в диапазоне высоких частот. Верхняя плоская антенная решетка является прозрачной для частот, находящихся в диапазоне высоких частот.

Description

Настоящее изобретение относится к плоским антенным узлам для использования в радиочастотной связи, а более конкретно - к мобильным спутниковым системам связи.

Уровень техники

Ниже следует список литературы, на которую ссылаются в настоящем изобретении.

Эндрэйсик Ж. и Джеймс Д.Р., Исследование совмещенных дихроичных микрополосковых антенн, 5-ая Международная конференция по антеннам и распространению радиоволн, 1САР 87, с. 485-488, март-апрель 1987, Йорк, Великобритания. (Апбгакю 6. апб 1атек 1.Р. (1987). Лпуекйдабоп оГ 8ирептрокеб Оюйгою МюгоЧпр АщеппаЛ' 51й 1п1етайопа1 СопГегепсе оп Ап1еппа апб Ргорадайоп, 1САР 87, рр. 485488, Магсй-Аргй, Уогк, ик.)

Эндрэйсик Ж. и Джеймс Д.Р., Микрополосковые антенные решетки с окнами, Письма по электронике, 1988, т. 24, № 2, с. 96-97. (Апбгакк 6. апб 1атек 1.Р. (1988). М1сгок1пр \УЙ1бо\с Аггау, Е1ес1гошс Ьейегк, Уо1. 24, №. 2, рр 96-97)

Хиройюки Инафуку и др., Мобильная приемная антенная система прямых широковещательных систем для применения на железнодорожном транспорте , Международный симпозиум по антеннам и распространению радиоволн, август, 1989, Токио, Япония. (Н1гоуцк1 1паГики, е! а1. (1989) МоЫ1е Кесе1ушд Ап1еппа 8ук1ет оГ Эйес1 Вгоабсак! 8ук1етк Гог Тгат Аррйсабопк, 1п1егпа1юпа1 8утрокйпп оГ АгИеппак апб Ргорадайоп, Токуо, 1арап, Аидик!)

Ли С.У. и др., Простые формулы для передачи через периодические металлические сетки или пластины, Транзакции и антенны и распространение радиоволн ΙΕΕΕ, 1982, т. АР-30, с. 904-909. (Бее 8.№., е! а1. (1982). 81тр1е Еогтц1ак Гог Тгапктйкюп Тйгоидй Репобю Ме!а1 Спбк ог Р1а!ек, ΙΕΕΕ Тгапкасйопк апб АШеппак апб Ргорадайоп, Уо1. АР-30, рр. 904-909)

Патент США № 5043738 (и. 8. Ра1еп1 № 5,043,738).

Патент США № 5262791 (и.8. Ра1еп1 № 5,262,791).

Ссылки на вышеупомянутую литературу приводятся в скобках с указанием всех необходимых данных, а именно имени автора или компании и года публикации или номера патента.

Уровень, предшествующий изобретению

Основное требование при установлении удовлетворительного канала связи между наземной станцией и спутником заключается в том, что антенная точка наземной станции, расположенная в направлении спутника, то есть максимум диаграммы направленности излучения антенны наземной станции должен быть направлен вдоль линии визирования между наземной станцией и спутником. Если наземная станция представляет собой мобильную платформу, и/или орбита спутника является геоста ционарной, высокой или средней орбитой Земли, то антенна должна сопровождать спутник для того, чтобы быть непрерывно направленной в сторону спутника и чтобы поддерживать канал связи нормального качества.

В следующем ниже описании и формуле изобретения дана ссылка на диапазоны частот К_и-диапазона и Ь-диапазона, которые являются общепринятыми и определяются следующим образом:

К_и-диапазон: 10,70-12,75 ГГц; Ь-диапазон:

1,49-1,71 ГГц.

Известны различные методы построения антенных узлов для мобильных и не мобильных систем связи. Наиболее общим из них является двухосевая механическая система сопровождения. Тип антенны может быть микрополосковым или другим, например, системы NΕС (см., например, Хиройюки Инафуку и др. (1989)) или КУН (фирмы КУН Индастриез, Инк., Мидлтаун, ΒΙ. США (КУН 1пбик1пек, 1пс., М|бб1е1о\\п. ΒΙ. и.8.А.)), соответственно, для передачи в К_и-диапазоне и Ь-диапазоне.

В другом механическом подходе используется одноосевая механическая система сопровождения, типичным примером которой является однослойная система с щелевой волноводной решеткой фирмы Ниппон Стил (№рроп 8!ее1) для передачи в К_и-диапазоне (Ниппон Стил Корпорейшн, Токио, Япония (№рроп 8!ее1 Согрогайоп, Токуо, 1арап)).

В другом подходе используется комбинация механического и электрического слежения, такая как в системе связи Бол (Ва11) (Бол Телекоммуникейшн Продактс Дивижн, штат Колорадо, США ((Ва11 Те1есоттцшса1юп Ргобпс1к ОМкюп, Со1огабо, И.8.А.).

Известны также немеханические антенные узлы для мобильных систем связи. В одной такой немеханической антенне, описанной с помощью САЬ (САЬ, Оттава, Онтарио, Канада (САЬ, Оба^а, Оп1апо, Сапаба)), используется фазовое управление по одной оси и фиксированные лучи по другой. Антенный узел с электрическим управлением по двум осям, использующий известные схемы управления фазой описан с помощью ТЕСОМ (ТЕСОМ Индастриз, Инк., Чатсворс, СА, США (ТЕСОМ 1пбик1пек, 1пс., Сйа1к^обй, СА, И.8.А.)).

Все эти известные антенные узлы для мобильных систем связи имеют общий недостаток, связанный с работой в одном диапазоне частот. Следовательно, если в первом антенном узле необходимо иметь мобильную систему связи, работающую в двух различных диапазонах частот, то две из вышеупомянутых антенн, которые будут использоваться, очевидно, должны иметь более высокие требования к пространственным характеристикам. Если обслуживание в двух диапазонах выполняется через два различных спутника, механическая платформа не может обслуживать две антенны. Кроме того антенны из первых трех групп, упомянутых выше, имеют дополнительный недостаток, связанный с наличием механических систем сопровождения, которые, как правило, являются тяжелыми и инерционными, ограниченными по угловому перекрытию, и которые не являются плоскими и должны выступать за уровень поверхности, на которую их устанавливают. Таким образом, если такую антенну установить на мобильной платформе, такой как крыша наземного транспортного средства, то она может изменить аэродинамику такой платформы.

В технике известны двухчастотные плоские антенные решетки (например, патент США 5043738 и патент США 5262791).

Другой узел плоской антенны для приема и передачи электромагнитного излучения в двух диапазонах частот (Г_н, Ц, где Г_ь < Г_н) описан Эндрэйсиком Ж. и Джеймсом Д.Р. в статье Совмещенные дихроичные микрополосковые антенные решетки, Труды ΙΕΕΕ Н. Микроволны, антенны и распространение радиоволн, т. 135, № 5, часть Н, октябрь, с. 304-312 (Апбгакю С. апб 1атс5 ТВ. ίη ΙΒοιγ рарег (1988) Бирептрокеб 0|с11гсис М1сго81г1р АПеппа Аггаук, ΙΕΕΕ Ргосеебтдк Н. Мкготауек, Ап!еппак & Ргорадайоп, νοί. 135, по. 5, Рай Н, Ос1оЬег, радек 304-312). Узел содержит в слоевом образовании первый и второй плоские антенные модули, первый (верхний) модуль плоской антенной решетки, работающий в диапазоне низких частот и второй (нижний) модуль плоской антенной решетки, работающий в диапазоне высоких частот. Первый модуль плоской антенны содержит одну диэлектрическую пластину, имеющую переднюю и заднюю стороны, причем плоская область включает в себя ряд площадок и решетку возбудителей с множеством возбудителей, при этом каждая решетка возбудителей связана с соответствующей одной из площадок плоской решетки площадок, и каждая упомянутая площадка является резонансной для частот, находящихся в диапазоне низких частот, и прозрачной для частот, находящихся в диапазоне высоких частот. Второй модуль плоской антенны содержит одну диэлектрическую пластину, имеющую переднюю и заднюю стороны, плоскость заземления, одну плоскую решетку площадок и решетку возбудителей с множеством возбудителей, в котором каждый возбудитель связан с соответствующей одной из площадок. К тому же, изоляция между первым и вторым модулями плоской антенной решетки далеко не совершенна. Также ни одна из известных антенн этого типа не конструируется из двух независимых узлов плоской антенной решетки, каждый из которых имеет свою собственную плоскость заземления, способен работать независимо в двух частотных диапазонах и которые могут быть далеко разнесены в пространстве (как это используется в спутниковой связи) по существу без помех между двумя модулями плоской антенной решетки.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы выполнить двухчастотную антенную решетку с возможностью электронного управления лучом в обоих диапазонах частот независимо друг от друга, сконструированную из двух независимых антенных модулей, каждый из которых работает в отдельном диапазоне частот, имеющую по существу плоскую структуру и подходящую для установки на внешнюю поверхность стационарной платформы или мобильной платформы, такой как наземное транспортное средство, морское судно или самолет без существенного изменения профиля и аэродинамических свойств такой поверхности.

Узел плоской антенной решетки, согласно изобретению, содержит первый и второй модули антенной решетки, выполненные в слоевом исполнении, для приема и излучения в двух различных диапазонах частот, причем каждый имеет, по меньшей мере, одну диэлектрическую пластину. При работе в режиме приема антенный узел принимает электромагнитное излучение от внешнего источника, тогда, как в режиме передачи антенный узел передает электромагнитное излучение внешнему приемнику. Модуль антенной решетки, который расположен ближе к внешнему источнику/приемнику, будет упоминаться как модуль верхней антенной решетки. Другой модуль антенной решетки, который расположен в слоевом образовании антенного узла дальше от внешнего источника/приемника, будет упоминаться как модуль нижней антенной решетки. Термины верхний и нижний, которые употребляются для модулей антенной решетки не должны истолковываться неправильно, то есть, как фиксирование действительной ориентации узла плоской антенной решетки, которая на практике может быть горизонтальной, вертикальной или любой другой необходимой ориентации. По отношению к первому и второму модулям антенной решетки лицевая сторона диэлектрической пластины, которая сориентирована в направлении внешнего источника электромагнитного излучения, будет упоминаться как передняя сторона, и лицевая сторона, сориентированная в противоположном направлении, - как задняя сторона.

Термин площадка, который используется здесь, обозначает область, заполненную полностью или частично проводящим материалом, который наносится на лицевую сторону диэлектрической пластины, например, с помощью печатной проводящей поверхности на диэлектрическом слое или с помощью методов травления (в дальнейшем упоминаемых, как печать или травление на диэлектрическом слое).

В следующем ниже описании и формуле изобретения приводится ссылка на возбудители, фидеры и выводы фидеров. Длина возбудителей и расположение выводов фидеров выбраны для удобства иллюстрации и не должны рассматриваться как обязательные для изображения любой действительной конструкции. Действительно, в большинстве процессов изготовления возбудители (известные так же, как микрополосковые линии) будут заканчиваться на или близко к краю диэлектрической пластины (известной так же, как подложка возбудителя), на которой они расположены. Однако действительная геометрия сети возбудителей, сформированных с помощью возбудителей, не является частью изобретения, и поэтому показана только небольшая характерная длина каждого возбудителя. Кроме того такие хорошо известные проблемы, встречающиеся при конструировании микрополосковых антенн, такие как позиционирование точки возбудителя для регулировки уровня входного импеданса, здесь не обсуждаются.

В соответствии с настоящим изобретением предложен модуль плоской антенны для приема и передачи электромагнитного излучения в двух диапазонах частот, который содержит в слоевом образовании первый и второй модули плоской антенной решетки, причем первый модуль плоской антенной решетки работает в диапазоне низких частот, а второй модуль плоской антенной решетки работает в диапазоне высоких частот, при этом первый модуль плоской антенной решетки является верхней стороной модуля плоской антенной решетки, а второй модуль плоской антенной решетки является нижней стороной модуля плоской антенной решетки, первый модуль плоской антенной решетки содержит, по меньшей мере, одну диэлектрическую пластину, имеющую переднюю и заднюю стороны, по меньшей мере, одну плоскую решетку площадок, имеющую множество площадок, решетку возбудителей, имеющую множество возбудителей, и плоскость заземления, причем каждый возбудитель упомянутой решетки возбудителей связан с соответствующей одной из упомянутых площадок, по меньшей мере, одной плоской решетки площадок, каждая площадка, по меньшей мере, одной плоской решетки площадок, является резонансной для частот, находящихся в диапазоне низких частот, и прозрачной для частот, находящихся в диапазоне высоких частот, плоскость заземления является отражающей для частот, находящихся в диапазоне низких частот, и прозрачной для частот, находящихся в диапазоне высоких частот, второй модуль плоской антенной решетки содержит, по меньшей мере, одну диэлектрическую пластину, имеющую переднюю и заднюю стороны, плоскость заземления, по меньшей мере, одну плоскую решетку площадок, имеющую множество площадок, и решетку возбудителей, имеющую множество возбудителей, причем каждый возбудитель решетки возбудителей свя зан с соответствующей площадкой, по меньшей мере, одной плоской решетки площадок.

Различие между первым модулем плоской антенной решетки и вторым модулем плоской антенной решетки, разнесенных по рабочей частоте, заключается в том, что площадки и плоскость заземления первого плоского модуля антенной решетки являются частотноизбирательными поверхностями, прозрачными для частот, находящихся в диапазоне высоких частот, позволяя второму модулю плоской антенной решетки передавать и принимать в этом диапазоне электромагнитное излучение, несмотря на наличие первого модуля плоской антенной решетки, расположенного между вторым модулем плоской антенной решетки и внешним телом. Кроме того плоскость заземления первого модуля плоской антенной решетки является отражающей для частот, находящихся в диапазоне низких частот, и, следовательно, электромагнитное излучение с частотами, находящимися внутри диапазона низких частот, не взаимодействует со вторым модулем плоской антенной решетки.

Вследствие того, что имеется ряд вариантов осуществления первого модуля плоской антенной решетки и второго модуля плоской антенной решетки, которые являются общими по структуре, в дальнейшем на них будут ссылаться как на модуль плоской антенной решетки, который будет употребляться в виде общего термина как для первого модуля плоской антенной решетки, так и для второго модуля плоской антенной решетки. Аналогично, термины плоская решетка площадок, площадки, решетка возбудителей, возбудитель и плоскость заземления будут использоваться при описании следующего варианта осуществления в качестве общих терминов для первого и второго модулей плоской антенной решетки.

В соответствии с первым аспектом изобретения модуль плоской антенной решетки содержит первую диэлектрическую пластину и первую плоскую решетку площадок, имеющую множество площадок, причем первая плоская решетка площадок и решетка возбудителей расположены на передней стороне первой диэлектрической пластины, при этом каждый возбудитель упомянутой решетки возбудителей электрически связан с соответствующей одной площадкой из упомянутых площадок первой плоской решетки площадок и плоскостью заземления, которая расположена на задней стороне первой диэлектрической пластины. Это определяет первый или второй модуль плоской антенной решетки с электрически (непосредственно) связанными площадками.

При необходимости модуль плоской антенной решетки дополнительно содержит вторую диэлектрическую пластину и вторую плоскую решетку площадок, имеющую множество площадок, причем вторая плоская решетка площадок расположена на передней стороне второй диэлектрической пластины, задняя сторона второй диэлектрической пластины обращена к передней стороне первой диэлектрической пластины, и каждая площадка первой плоской решетки площадок по существу выровнена с соответствующей одной из упомянутых площадок второй плоской решетки площадок. Это определяет первый или второй модуль плоской антенной решетки с двойным набором и электрически связанными площадками.

В соответствии со вторым аспектом изобретения модуль плоской антенной решетки содержит первую и вторую диэлектрические пластины и первую плоскую решетку площадок, причем первая плоская решетка площадок расположена на передней стороне первой диэлектрической пластины, а решетка возбудителей расположена на задней стороне первой диэлектрической пластины, при этом каждый возбудитель решетки возбудителей связан электромагнитным способом с соответствующей одной из упомянутых площадок первой плоской решеткой площадок, плоскость заземления расположена на задней стороне второй диэлектрической пластины, а передняя сторона второй диэлектрической пластины обращена к задней стороне первой диэлектрической пластины. Это определяет первый или второй модуль плоской антенной решетки со связанными электромагнитным способом площадками.

В соответствии с третьим аспектом изобретения модуль плоской антенной решетки содержит первую и вторую диэлектрические пластины и первую плоскую решетку площадок, имеющую множество площадок, причем первая плоская решетка площадок расположена на передней стороне первой диэлектрической пластины, плоскость заземления расположена на задней стороне первой диэлектрической пластины, плоскость заземления имеет множество апертур, передняя сторона второй диэлектрической пластины обращена к задней стороне первой диэлектрической пластины, а решетка возбудителей расположена на задней стороне второй диэлектрической пластины, при этом каждый возбудитель решетки возбудителей связан электромагнитным способом с соответствующей одной из площадок первой плоской решетки площадок через соответствующую одну из апертур в плоскости заземления, причем апертуры являются резонансными для частот, находящихся внутри диапазона рабочих частот модуля плоской антенной решетки, в котором диапазон рабочих частот является диапазоном низких (высоких) частот, если модуль плоской антенной решетки является первым (вторым) модулем плоской антенной решетки. Это определяет первый или второй модуль плоской антенной решетки с площадками, связанными по апертуре.

При необходимости модуль плоской антенной решетки, согласно второму или третьему аспектам изобретения, дополнительно содержит третью диэлектрическую пластину и вторую плоскую решетку площадок, имеющую множество площадок, причем вторая плоская решетка площадок расположена на передней стороне третьей диэлектрической пластины, задняя сторона третьей диэлектрической пластины обращена к передней стороне первой диэлектрической пластины, и каждая площадка второй плоской решетки площадок по существу выровнена с соответствующей одной из упомянутых площадок первой плоской решетки площадок. Это определяет первый или второй модули плоской антенной решетки с двойным набором, согласно второму аспекту изобретения, и со связанными электромагнитным способом площадками, согласно третьему аспекту изобретения, или с площадками, связанными по апертуре.

Согласно четвертому аспекту изобретения первый модуль плоской антенной решетки содержит первую и вторую диэлектрические пластины и первую плоскую решетку площадок, имеющую множество площадок, причем плоская решетка площадок расположена на передней стороне первой диэлектрической пластины, плоскость заземления расположена на задней стороне первой диэлектрической пластины, первая диэлектрическая пластина расположена с промежутком от второй диэлектрической пластины так, чтобы образовалась антенная камера, решетка возбудителей расположена на задней стороне второй диэлектрической пластины, при этом каждый возбудитель решетки возбудителей электрически связан с соответствующей одной из площадок первой плоской решетки площадок с помощью множества штырей возбудителей, а второй модуль плоской антенной решетки расположен внутри антенной камеры. Это определяет первый модуль плоской антенной решетки с площадками, возбуждаемыми штырями.

При необходимости первый модуль плоской антенной решетки, согласно четвертому аспекту изобретения, дополнительно содержит третью диэлектрическую пластину и вторую плоскую решетку площадок, имеющую множество площадок, причем вторая плоская решетка площадок расположена на передней стороне третьей диэлектрической пластины, задняя сторона третьей диэлектрической пластины обращена к передней стороне первой диэлектрической пластины, и каждая площадка второй плоской решетки площадок по существу выровнена с соответствующей одной из площадок первой плоской решетки площадок. Это определяет модуль плоской антенной решетки с двойным набором штырей площадок с площадками, возбуждаемыми штырями.

Согласно настоящему изобретению узел плоской антенны можно сконструировать из всех комбинаций определенных выше вариантов осуществления первого модуля плоской антенной решетки, которые рассмотрены совместно со всеми комбинациями определенных вариантов осуществления второй плоской антенной решетки. То есть узел плоской антенны можно сконструировать из (la) первого модуля плоской антенной решетки, электрически связанного площадками, с любым из (2а) первого модуля плоской антенной решетки с двойным набором и электрически связанными площадками, (3 а) первого модуля плоской антенной решетки со связанными электромагнитным способом площадками, (4а) первого модуля плоской антенной решетки с двойным набором и связанными электромагнитным способом площадками, (5а) первого модуля плоской антенной решетки с площадками, связанными по апертуре, (6а) первого модуля плоской антенной решетки с двойным набором и площадками, связанными по апертуре, (7 а) первого модуля плоской антенной решетки с площадками, возбуждаемыми штырями, или (8а) первого модуля плоской антенной решетки с двойным набором и площадками, возбуждаемыми штырями, взятыми совместно с любым из (lb) второго модуля плоской антенной решетки с электрически связанными площадками, (2Ь) второго модуля плоской антенной решетки с двойным набором и электрически связанными площадками, (3Ь) второго модуля плоской антенной решетки со связанными электромагнитным способом площадками, (4Ь) второго модуля плоской антенной решетки с двойным набором и связанными электромагнитным способом площадками, (5Ь) второго модуля плоской антенной решетки с площадками, связанными по апертуре, (6Ь) второго модуля плоской антенной решетки с двойным набором и площадками, связанными по апертуре.

Первые и вторые модули плоской антенной решетки можно выполнить для приема и передачи электромагнитного излучения с линейной или круговой поляризацией.

Когда первый модуль плоской антенной решетки предназначен для приема и передачи электромагнитного излучения с круговой поляризацией, он характеризуется тем, что:

по меньшей мере, одна решетка площадок первого модуля плоской антенной решетки сгруппирована в подрешетки с площадками размером 2 х 2, каждый из которых имеет последовательно по часовой стрелке или против часовой стрелки первый, второй, третий и четвертый элементы подрешетки, причем решетка возбудителей первого модуля плоской антенной решетки сгруппирована в подрешетки возбудителей размером 2 х 2, каждая из которых имеет последовательно по часовой стрелке или против часовой стрелки первый, второй, третий и четвертый элементы подрешетки, при этом каждый элемент данной подрешетки возбудителей согласуется с одним элементом данной подрешетки подложек, возбудители и площадки в данной согласованной подрешетке поворачиваются на 90° по отношению к последовательно расположенному предшествующему элементу подрешетки. Каждый из элементов первой решетки возбудителей подсоединяется к подходящей электронной системе, как известно, непосредственно содержащей устройство управления фазой. С помощью подходящей регулировки устройства управления фазой, токи, протекающие в отдельных элементах каждой подрешетки возбудителей размером 2 х 2, можно задержать по фазе на 0, 90, 180 и 270°, последовательно по часовой стрелке (или против часовой стрелки для замены правой круговой поляризации на левую).

Когда второй модуль плоской антенной решетки предназначен для приема и передачи электромагнитного излучения с круговой поляризацией, он характеризуется тем, что, по меньшей мере, одна решетка площадок второго модуля плоской антенной решетки сгруппирована в подрешетки площадок размером 2 х 2, каждая из которых имеет последовательно по часовой стрелке или против часовой стрелки первый, второй, третий и четвертый элементы подрешетки, причем возбудители решетки возбудителей второго модуля плоской антенной решетки сгруппированы в подрешетки возбудителей размером 2 х 2, каждая из которых имеет последовательно по часовой стрелке или против часовой стрелки первый, второй, третий и четвертый элементы подрешетки, причем каждый элемент данной подрешетки возбудителя согласован с одним элементом данной подрешетки площадок, при этом возбудители и площадки в заданной соответствующей подрешетке поворачиваются на 90° по отношению к последовательно расположенному предшествующему элементу подрешетки. Каждый из элементов второй решетки возбудителей подсоединен к подходящей электронной системе, как известно непосредственно содержащей устройство управления фазой. С помощью подходящей регулировки устройства управления фазой токи, протекающие в отдельных элементах каждой подрешетки возбудителей размером 2 х 2, можно задержать по фазе на 0, 90, 180 и 270°, последовательно по часовой стрелке (или против часовой стрелки для замены правой круговой поляризации на левую).

Очевидно, что первый модуль плоской антенной решетки и второй модуль плоской ан тенной решетки можно приспособить для работы одновременно двух модулей в режиме круговой поляризации или одного в режиме круговой поляризации, а другого в режиме линейной поляризации.

Площадки первого модуля плоской антенной решетки могут иметь любую подходящую форму, такую как круг, многоугольник или квадрат и т. п.

Согласно настоящему изобретению, площадки первого модуля плоской антенной решетки являются частотно-избирательными поверхностями, содержащими периодическое размещение апертур в каждой площадке. Необязательно, чтобы площадки были частотноизбирательными поверхностями, содержащими сетку проводящих линий с одинаковым шагом.

Кроме того в соответствии с настоящим изобретением, плоскость заземления первого модуля плоской антенной решетки является частотно-избирательной поверхностью, содержащей периодическое размещение апертур в плоскости заземления. Необязательно, чтобы плоскость заземления была частотноизбирательной поверхностью, содержащей сетку проводящих линий с одинаковым шагом.

Площадки второго модуля плоской антенной решетки могут иметь любую подходящую форму, такую как круг, многоугольник или квадрат и т.п. Необязательно, чтобы форма площадок второго модуля плоской антенной решетки соответствовала форме первого модуля плоской антенной решетки.

При необходимости плоскость заземления первого модуля плоской антенной решетки можно выполнить в виде частотноизбирательной поверхности с помощью формирования в ней апертур, которые соответствуют по форме площадкам второго модуля плоской антенной решетки. Согласно этому варианту осуществления каждая одна апертура в плоскости заземления располагается напротив одной площадки второго модуля плоской антенной решетки.

Узел плоской антенны, согласно изобретению, и каждый из своих модулей плоской антенной решетки конструируют для работы в режиме передачи и приема. Во время режима передачи электронная система, связанная с передающим модулем антенны, возбуждает каждый элемент решетки возбудителей с помощью изменяющейся во времени электрической мощности, посредством чего антенный модуль возбуждается для излучения луча в окружающую атмосферу. Во время режима приема внешнее электромагнитное излучение, падающее на модули плоских антенных решеток из окружающей атмосферы, возбуждает площадки, посредством чего выходной сигнал образуется в возбудителях. Каждый возбудитель оборудован выводом фидера, которым фидеры можно подсоединять для связи возбудителей с подходя щими электронными системами, содержащими устройства управления фазой.

Следует отметить, что первый и второй антенные модули функционируют совершенно независимо друг от друга. Следовательно, любой из них может передавать или принимать, в то время как другой находится в состоянии покоя. Аналогично, когда первый антенный модуль передает, второй может принимать, и наоборот.

В одном варианте осуществления изобретения диапазон низких частот, в котором функционирует первый антенный модуль, является Ь-диапазоном, и диапазон высоких частот, в котором функционирует второй антенный модуль, является К_и-диапазоном.

Предпочтительно узел плоской антенны, согласно изобретению, устанавливается внутри подходящего кожуха из материала, стойкого к изменениям погодных условий. Кожух защищает боковые стороны плоского антенного узла, но не закрывает его лицевую сторону.

Предпочтительно, чтобы обтекатель радиолокационной антенны, прозрачный для частот электромагнитного излучения, находящихся внутри первого и второго диапазонов частот, был установлен на первом модуле плоской антенны так, чтобы закрыть его переднюю сторону. Обтекатель радиолокационной антенны служит для защиты всего узла плоской антенны от неблагоприятных климатических и других внешних факторов, таких как дождь, лед, тепло, солнечный свет, песчаные бури, соленая вода и т.д.

Диэлектрические пластины плоского модуля антенны можно сконструировать из множества диэлектрических пластин с различными электрическими свойствами. Однако следует отметить, что диэлектрическую пластину, которая несет на любой из своих сторон какую-либо структуру (то есть, площадки, возбудители или плоскость заземления) и служит только для того, чтобы разделить друг от друга различные слои в узле плоской антенны изобретения, можно заменить на воздушный промежуток, при условии, что некоторая форма опоры имеется на краях отдельных слоев для того, чтобы поддержать их отдельное расположение.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1 схематически изображает сбоку в разобранном виде узел плоской антенны изобретения и внешний источник электромагнитного излучения;

фиг. 2 изображает вертикальный разрез в виде сбоку части первого варианта осуществления первого модуля плоской антенной решетки;

фиг. 3 - вертикальный разрез в виде сбоку части первого варианта осуществления второго модуля плоской антенной решетки;

фиг. 4 - вертикальный разрез в виде сбоку части первого варианта осуществления узла плоской антенны изобретения;

фиг. 5 - вид сверху модуля плоской антенной решетки (фиг. 2);

фиг. 6 - вид сверху модуля плоской антенной решетки (фиг. 3);

фиг. 7 - вид сверху одного варианта осуществления частотно-избирательной плоскости заземления первого модуля плоской антенной решетки;

фиг. 8 - вид сверху другого варианта осуществления частотно-избирательной плоскости заземления первого модуля плоской антенной решетки;

фиг. 9 - вертикальный разрез в виде сбоку модуля антенны первого модуля плоской антенной решетки с электрически (или непосредственно) связанными площадками;

фиг. 10 - вертикальный разрез в виде сбоку модуля антенны второго модуля плоской антенной решетки с электрически (или непосредственно) связанными площадками;

фиг. 11 - вертикальный разрез в виде сбоку модуля антенны второго модуля с двойным набором электрически связанной площадки;

фиг. 12 - вертикальный разрез в виде сбоку модуля антенны второго модуля со связанной электромагнитным способом площадкой;

фиг. 13 - вертикальный разрез в виде сбоку модуля антенны с двойным набором связанной электромагнитным способом площадки;

фиг. 14 - вертикальный разрез в виде сбоку модуля антенны с площадкой, связанной по апертуре, причем часть модуля антенны имеет частичный разрез для того, чтобы показать апертуру в плоскости заземления;

фиг. 15 - вертикальный разрез в виде сбоку модуля антенны с двойным набором и с площадкой, связанной по апертуре, причем часть модуля антенны имеет частичный разрез для того, чтобы показать апертуру в плоскости заземления;

фиг. 16 - схематически вертикальный разрез в разобранном виде сбоку части узла плоской антенны согласно изобретению первым модулем плоской антенной решетки с двойным набором, имеющей площадки, возбуждаемые штырем, причем часть узла имеет частичный разрез для того, чтобы показать вывод площадки возбудителя и отверстия для бесконтактного прохода штырей возбудителей;

фиг. 17 - схематически вертикальный разрез в разобранном виде сбоку части модуля плоской антенны по изобретению первым модулем плоской антенной решетки с двойным набором, имеющей площадки, возбуждаемые штырем;

фиг. 18 - вид сверху подрешетки размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки с электрически (непосредственно) связанными площадками для режима работы с линейной поляризацией;

фиг. 19 - вид сверху подрешетки размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки с электрически (непосредственно) связанными площадками для режима работы с круговой поляризацией;

фиг. 20 - вид сверху подрешетки размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки со связанными электромагнитным способом площадками для режима работы с плоской поляризацией;

фиг. 21 - вид сверху подрешетки размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки со связанными электромагнитным способом площадками для режима работы с круговой поляризацией;

фиг. 22 - вид сверху подрешетки размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки с апертурно-связанными площадками для режима работы с плоской поляризацией;

фиг. 23 - вид сверху подрешетки размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки с апертурно-связанными площадками для режима работы с круговой поляризацией;

фиг. 24 - вид сверху подрешетки размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки с площадками, возбуждаемыми штырем, для режима работы с линейной поляризацией; и фиг. 25 - вид сверху подрешетки размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки с площадками, возбуждаемыми штырем, для режима работы с круговой поляризацией.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

На фиг. 1 схематически изображен в разобранном виде сбоку модуль 1 плоской антенны согласно изобретению, который содержит три части: первый модуль 2 плоской антенной решетки, диэлектрическую пластину 4 и второй модуль 6 плоской антенной решетки. Также показан внешний источник 8 электромагнитного излучения 10. Передняя сторона и задняя сторона любой части узла плоской антенны и непосредственно узла плоской антенны определяются по отношению к внешнему источнику 8. Следовательно, передняя сторона 12 первого модуля 2 плоской антенной решетки является стороной, сориентированной в направлении внешнего источника 8, тогда как задняя сторона 13 сориентирована в противоположном направлении. Далее очевидно, что электромагнитное излучение 10, падающее на первый модуль 2 плоской антенной решетки из внешнего источника 8, будет падать на переднюю сторону 12, и после прохождения через первый модуль 2 плоской антенной решетки оно выйдет с задней стороны 13. Аналогично, диэлектрическая пластина имеет переднюю сторону 14 и заднюю сторону 15, а второй модуль 6 плоской антенной решетки также имеет переднюю сторону 16 и заднюю сторону 17. В соответствии с этой тер минологией узел 1 плоской антенны имеет переднюю сторону 12 и заднюю сторону 17.

Первый модуль 2 плоской антенной решетки предназначен для работы в диапазоне низких частот, а второй модуль 6 плоской антенной решетки предназначен для работы в диапазоне высоких частот. Два модуля 2 и 6 плоской антенной решетки размещаются в слоевом образовании с первым модулем 2 плоской антенной решетки, находящимся между вторым модулем 6 плоской антенной решетки и внешним источником 8. Диэлектрическую пластину 4, которая служит для разделения между первым и вторым модулями плоских антенных решеток, можно заменить на воздушный зазор, предусмотренный некоторым видом опоры, которая применяется для сохранения целостности конструкции узла 1 плоской антенны. Хотя первый модуль 2 плоской антенной решетки позиционируется между вторым модулем 6 плоской антенны и внешним источником 8, второй модуль 6 плоской антенной решетки не защищен от приема электромагнитного излучения с частотами, находящимися в диапазоне высоких частот, так как первый модуль 2 плоской антенной решетки выполнен прозрачным для частот, находящихся в диапазоне высоких частот.

Хотя базисная конструкция и работа двухчастотного узла плоской антенны изобретения изображена для антенны, работающей в режиме приема, изображение будет одинаковым для антенны, работающей в режиме передачи с внешним источником 8, который заменяется на внешний приемник.

Ниже описываются различные варианты осуществления для двух модулей 2 и 6 плоской антенной решетки, и из них будет изображена конструкция узла плоской антенны по изобретению. На чертежах, изображающих эти диэлектрические пластины, плоскости заземления, площадки, возбудители и апертуры вариантов осуществления, все они показаны для наглядности с увеличенными размерами. Площадки и возбудители показаны с различными высотами для того, чтобы различить их между собой, однако на практике они фактически наносятся способом печати или травления на диэлектрические пластины и имеют ту же самую высоту.

На фиг. 2 вертикальный разрез изображен в виде сбоку части первого модуля 20 плоской антенной решетки, согласно первому варианту осуществления. Площадки 21 и возбудители 22, которые электрически (или непосредственно) связаны друг с другом, расположены на передней стороне диэлектрической пластины 24. Каждая площадка выполнена резонансной для частот, находящихся в диапазоне низких частот, и прозрачной для частот, находящихся в диапазоне высоких частот. Каждый возбудитель 22 оборудован выводом 23 фидера, к которому можно подсоединить фидеры для связи возбудителей с подходящими электронными системами, содер жащими устройства управления фазой. Плоскость заземления 25 расположена на задней стороне диэлектрической пластины 24 и выполнена избирательной по частоте, отражая частоты, находящиеся в диапазоне низких частот, и передавая частоты, находящиеся в диапазоне высоких частот.

На фиг. 3 изображен вертикальный разрез в виде сбоку части второго модуля 30 плоской антенной решетки, согласно первому варианту осуществления. Площадки 31 и возбудители 32, которые электрически связаны друг с другом, расположены на передней стороне диэлектрической пластины 34. Площадки 31 выполнены резонансными для частот, находящихся во втором диапазоне частот. Каждый возбудитель 32 оборудован выводом 33 фидера, к которому можно подсоединить фидеры для связи возбудителей с подходящими электронными системам, содержащими устройства управления фазой. Плоскость 35 заземления расположена на задней стороне диэлектрической пластины 34. Несмотря на то, что модули 20 и 30 плоской антенной решетки похожи по структуре, существует ряд основных различий между ними. Первое и главное состоит в том, что площадки 31 и плоскость заземления 35 являются просто проводящими поверхностями, по сравнению с площадками 21 и плоскостью заземления 25, которые являются частотно-избирательными. Кроме того размеры площадок 21 и 31 в общем будут различными. Так как площадки 21 работают в диапазоне низких частот, а площадки 31 в диапазоне высоких частот, то площадки 31 будут меньше, чем площадки 21. Следовательно, для данного усиления модуля плоской антенной решетки площадок 31 будет больше, чем площадок 21. Кроме того высота и свойства диэлектрической пластины 24 не обязательно будут такими же, как у диэлектрической пластины 34.

На фиг. 4 изображен вертикальный разрез в виде сбоку части узла плоской антенны изобретения, согласно первому варианту осуществления. Этот вариант осуществления содержит первый модуль плоской антенной решетки в соответствии с фиг. 2 и второй модуль плоской антенной решетки в соответствии с фиг. 3. Диэлектрическая пластина 38 разделяет между собой два модуля плоской антенной решетки.

На фиг. 5 и 6 изображены виды сверху модулей 20 и 30 плоской антенной решетки, соответственно. Площадки 21 являются частотноизбирательными поверхностями, выполненными прозрачными для частот, находящихся в диапазоне высоких частот, с помощью непосредственно любого из известных методов. В конкретном изображении, показанном на фиг. 5, площадки 21 являются проводящими поверхностями с периодическим размещением апертур 26 в каждой площадке. Размеры площадок 21 выбраны так, что они являются резонансными для частот, находящихся в диапазоне низких частот. Также показаны возбудители 22 наряду с их выводами 23 фидеров. Показано, что возбудители 22 электрически (или непосредственно) связаны с площадками 21. Площадки 31 второго модуля 30 плоской антенной решетки являются совершенными проводниками, причем их размеры выбраны так, что они являются резонансными для частот, находящихся в диапазоне высоких частот. Также показаны возбудители 32 совместно с их выводами 33 фидеров. И опять возбудители 32 электрически связаны с площадками 31.

На фиг. 7 изображен вид сверху частотноизбирательной плоскости 25 заземления, согласно одному варианту осуществления. Апертуры 27 в плоскости 25 заземления размещены периодически и выполнены так, что плоскость 25 заземления является отражающей для частот, находящихся в диапазоне низких частот, и прозрачной для частот, находящихся в диапазоне высоких частот. Площадки 21 и плоскость 25 заземления изображены на фиг. 5 и 7 так, что они имеют одинаковые апертуры 26 и 27, соответственно, с одинаковыми интервалами между апертурами. Однако необходимо подчеркнуть, что этот случай не является обязательным, и хотя можно использовать круглые апертуры, они должны рассматриваться в качестве примера апертуры, которая может принимать любую соответствующую форму. Типичными примерами приемлемых видов апертур, которые известны в технике, являются прямоугольная щель, крест, иерусалимский крест, диск и кольцо.

Фактические размеры площадок (фиг. 5 и 6) будут зависеть от выбора частотных диапазонов, необходимых для данного применения, и, следовательно, площадки 21 могут в некоторых применениях быть намного больше, чем площадки 31. В таких применениях частотно избирательная плоскость заземления 25 может принимать другую форму, как показано на фиг.

8. Согласно этому варианту осуществления, апертуры 28 в плоскости 25 заземления могут быть, но необязательно, такой же формы, как и площадки 31, и каждая апертура 28 по существу будет выровнена с одиночной площадкой 31.

Ниже описывается ряд других вариантов осуществления антенного узла изобретения для различных вариантов осуществления модулей плоской антенной решетки. В конце отмечается, что первый модуль 20 плоской антенной решетки, изображенный на фиг. 2, можно определить с помощью первого модуля антенны 20', показанного на фиг. 9, содержащего площадку 21, возбудитель 22 с выводом 23, диэлектрическую пластину 24 и плоскость 25 заземления. Этот антенный модуль упоминается как антенный модуль с электрически (или непосредственно) связанной площадкой. Первый модуль 20 плоской антенной решетки, как показано на фиг. 2 и 5, сконструирован из первого модуля антенны 20' с помощью образования плоского периодического размещения первых антенных модулей 20'. Подобным способом второй модуль 30 плоской антенной решетки, показанный на фиг. 3, можно определить с помощью второго модуля антенны 30' (фиг. 10). Поэтому, вместо того, чтобы описывать различные варианты осуществления модулей плоской антенной решетки, описываются различные варианты осуществления антенных модулей, при этом подразумевается, что эти антенные модули являются основными блоками построения, из которых можно сконструировать соответствующие модули плоской антенной решетки. Кроме того при сравнении фиг. 9 и 10 очевидно, что одного из чертежей достаточно для того, чтобы описать оба антенных модуля, в которых площадка и плоскость заземления будут частотноизбирательными для первого модуля антенны и полностью проводящими в случае второго модуля антенны. Подразумевая это, ниже описывается только один характерный антенный модуль.

На фиг. 11 изображены антенный модуль с двойным набором и электрически связанной площадкой 40, который сконструирован из электрически связанного модуля антенны, содержащего площадку 41, возбудитель 42 и вывод 43 фидера, расположенные на передней стороне диэлектрической пластины 44, и плоскость 45 заземления, расположенную на своей задней стороне, и дополнительную диэлектрическую пластину 46, смежную с передней стороной диэлектрической пластины 44. Диэлектрическая пластина 46 несет на своей передней стороне площадку 47, по существу выровненную с площадкой 41. Ясно, что две площадки 41 и 47 связаны электромагнитным способом. Наличие площадки 47 служит для повышения полосы рабочих частот электрически связанного модуля антенны. Следует отметить, что полностью эквивалентная структура может быть образована с помощью осаждения площадки 41, возбудителя 42 и вывода 43 фидера на заднюю сторону диэлектрической пластины 46 вместо расположенной на передней стороне диэлектрической пластины 44. Этот комментарий следует принимать как общий для всех вариантов осуществления, в которых площадка или возбудитель должны быть расположены на передней или задней стороне двух смежных диэлектрических пластин. То есть площадку или возбудитель можно точно также расположить на смежной стороне другой диэлектрической пластины.

На фиг. 12 изображен антенный модуль, в котором площадка 51 и возбудитель 52 связаны электромагнитным способом. Площадка 51 и возбудитель 52 наряду с выводом 53 фидера расположены на противоположных сторонах диэлектрической пластины 54. Передняя сторона второй диэлектрической пластины 56 являет ся смежной с задней стороной диэлектрической пластины 54, и плоскость 55 заземления расположена на задней стороне диэлектрической пластины 56. Антенный модуль 60 с двойным набором и связанный электромагнитным способом изображен на фиг. 13 и получен из модуля антенны со связанной электромагнитным способом площадкой 50 с помощью осаждения диэлектрической пластины 57, при этом площадка 58 - на передней стороне, на переднюю сторону диэлектрической пластины 54. Площадки 51 и 58 по существу выровнены друг с другом.

На фиг. 14 изображен антенный модуль 70 со связанной по апертуре площадкой. Антенный модуль содержит площадку 71, возбудитель 72 с выводом 73 фидера, две диэлектрические пластины 74, 75 и плоскость заземления 76, имеющие апертуру 77. Площадка 71 и плоскость заземления 76 расположены на противоположных сторонах диэлектрической пластины 74, и возбудитель 72 расположен на задней стороне диэлектрической пластины 75. Площадка 71 и возбудитель 72 связаны электромагнитным способом через апертуру 77 в плоскости 76 заземления. Связанная по апертуре площадка 80 модуля антенны с двойным набором изображена на фиг. 15 и получена из модуля антенны со связанной по апертуре площадки 70 с помощью осаждения диэлектрической пластины 78, площадка 79 - на передней стороне, на переднюю сторону диэлектрической пластины 74. Площадки 71 и 79 по существу выровнены друг с другом.

Как описано выше, модули плоской антенной решетки можно сконструировать из вышеупомянутых антенных модулей с помощью образования плоского периодического размещения антенных модулей. Из таким образом сконструированных модулей плоской антенной решетки можно сконструировать узлы плоской антенны с использованием модульного метода, изображенного на фиг. 1. Первый модуль 2 плоской антенны можно сконструировать из любых антенных модулей 20', 40, 50, 60, 70 и 80 (где площадки и плоскости заземления являются частотно-избирательными поверхностями, как описано выше), и аналогично второй модуль 6 плоской антенны можно сконструировать из любых антенных модулей 30', 40, 50, 60, 70 и 80 (где площадки и плоскости заземления являются полностью проводящими).

Во всех узлах плоской антенны, описанных выше, возбудители находятся в той же самой плоскости, как и площадки и электрически связаны с ними, или они находятся в различной плоскости и связаны электромагнитным способом с ними. На фиг. 16 схематически изображен вертикальный разрез в разобранном виде сбоку части узла 90 плоской антенны, в которой площадки 91 первого модуля плоской антенной решетки находятся в плоскости, отличной от той, в которой находятся их возбудители 92. Возбудители 92 оборудованы двумя выводами, причем выводы 93 фидера, к которым можно подсоединить фидеры для связи возбудителей с подходящими электронными системами, содержат устройства управления фазой и выводы 94' штыря возбудителя, к которым подсоединяются штыри 95 возбудителя. Электрическое подсоединение между возбудителями 92 и площадками 91 сделано через штыри 95 возбудителя, которые подсоединены на одном конце к выводам 94' штыря возбудителя и на другом конце - к выводам 94 штыря площадки. Каждая площадка 91 оборудована одним выводом 94 штыря площадки. Площадки 91 первого модуля плоской антенной решетки расположены на передней стороне диэлектрической пластины 96, а плоскость 97 заземления первого модуля плоской антенной решетки расположена на задней стороне диэлектрической пластины 96. Возбудители 92 первого модуля плоской антенной решетки расположены на задней стороне диэлектрической пластины 98. Диэлектрические пластины 96 и 98 первого модуля плоской антенной решетки образуют антенную камеру с помощью второго модуля 99 плоской антенной решетки, расположенной внутри антенной камеры. Плоскость 97 заземления первого модуля плоской антенной решетки снабжена отверстиями 102 для бесконтактного прохода штырей 95 возбудителя. Для изображения выбран второй модуль 99 плоской антенной решетки, однако модулем плоской антенной решетки, который был показан на фиг. 3, может быть точно также любой из модулей плоской антенной решетки, которые можно образовать из антенных модулей 40, 50, 60, 70 и 80. Отверстия 104 и 105 в площадках и плоскости заземления, соответственно, второго модуля 99 плоской антенной решетки необходимы для бесконтактного прохода штырей возбудителей через них.

Вариант осуществления антенного узла по изобретению с первым модулем плоской антенной решетки, имеющим площадки, возбуждаемые штырями (фиг. 16), можно расширить до антенного узла с первым плоским модулем антенны с двойным набором со штыревым возбудителем с помощью осаждения на переднюю сторону узла 90 плоской антенны диэлектрической пластины, несущей площадки на своей передней стороне. На фиг. 17 схематически изображен вертикальный разрез в разобранном виде сбоку части узла 100 с двойным набором первых модулей плоской антенной решетки с площадками, возбуждаемыми штырем. Диэлектрическая пластина 110, несущая на своей передней стороне площадки 112, расположена на передней стороне 114 узла 90 плоской антенны, имеющей первый модуль плоской антенной решетки, возбуждаемый штырем. Площадки 112 и 91 узла 90 плоской антенны (показанный на фиг. 16) по существу выровнены друг с другом.

Первый и второй модули плоской антенной решетки, содержащие узел плоской антен ны, по изобретению могут функционировать в режиме работы с плоской или круговой поляризацией. Виды сверху модулей 20 и 30 плоской антенной решетки, изображенные на фиг. 3 и 6, соответственно, показывают режим работы с линейной поляризацией. Поскольку особенности геометрического расположения, определяющие режим работы поляризации модулей плоской антенной решетки, определяют относительную ориентацию площадок и возбудителей, то очевидно, что фиг. 5 и 6 можно заменить на один чертеж без ссылки на то, является ли площадка частотно-избирательной или нет, и без ссылки на диапазон рабочих частот. Кроме того подрешетки размером 2 х 2 достаточны для того, чтобы показать режим работы с круговой поляризацией, и, следовательно, будут также использоваться для того, чтобы показать режим работы с линейной поляризацией. На фиг. 18 изображен вид сверху подрешетки размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки с электрически (непосредственно) связанными площадками для режима работы с линейной поляризацией (это общий чертеж для фиг. 5 и 6). Подрешетка 200 содержит площадки 202, электрически связанные с возбудителями 204, причем возбудители оборудованы выводами 206 фидеров. Площадки 202 и возбудители 204 расположены на диэлектрической пластине 208.

На фиг. 19 изображен вид сверху подрешетки 220 размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки с электрически связанными площадками для режима работы с круговой поляризацией. Как показано, каждая площадка 222 наряду со своим фидером 224 последовательно поворачивается на 90° по часовой стрелке (или, необязательно, против часовой стрелки для замены правой круговой поляризации на левую). Последовательный поворот площадок и возбудителей для режима работы с круговой поляризацией по существу известен и хорошо описан в литературе (см. например Д. Хуанг (1986) и Т. Тещироджи (1985) (1. Ниапд (1986) и Т. ТекЫго_ё1 (1985))).

В случае связанной электромагнитным способом площадки, как показано, например, на фиг. 12, площадки и возбудители находятся на противоположных сторонах диэлектрической пластины, но принцип остается тот же самый. На фиг. 20 изображен вид сверху подрешетки 240 размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки со связанными электромагнитным способом площадками для режима работы с линейной поляризацией. Площадки 242 расположены на передней стороне диэлектрической пластины 244, тогда как возбудители 246 (наряду с выводами фидеров) расположены на своей задней стороне. Возбудители 246 нарисованы штриховыми линиями для того, чтобы выразить, что они не находятся в той же самой плоскости, как площадки 242.

На фиг. 21 изображен вид сверху подрешетки 260 размером 2 х 2 модуля плоской антенны со связанными электромагнитным способом площадками для режима работы с круговой поляризацией. Каждая площадка 262 со своим фидером 264 последовательно поворачивается на 90°.

На фиг. 22 изображен вид сверху подрешетки 280 размером 2 х 2 модуля плоской антенной решетки с площадками, связанными по апертуре, для режима работы с линейной поляризацией. Вид сбоку модуля антенны для площадки, связанной по апертуре, изображен на фиг. 14. Как можно заметить из фиг. 14, имеются две включенные диэлектрические пластины и площадка, причем апертура и возбудитель расположены в трех различных плоскостях. Для того, чтобы изобразить относительное положение и ориентацию площадки, апертуру и возбудитель относительно друг друга, площадки 282 показаны сплошными линиями, возбудители 284 штриховыми линиями и апертуры 286 точечными линиями, подразумевая, что они расположены в трех различных плоскостях, как показано на фиг. 14. На фиг. 23 изображен вид сверху подрешетки 290 размером 2 х 2 модуля плоской антенны с площадки, связанными по апертуре, для режима работы с круговой поляризацией. Каждая площадка 292 со своим возбудителем 294 последовательно поворачивается на 90°. Апертуры 296 не обязательно подвергаются последовательному повороту.

На фиг. 24 изображен вид сверху подрешетки 300 размером 2 х 2 площадок 91 (а, Ь, с, б), расположенных на диэлектрической пластине 97 первого модуля плоской антенной решетки узла 90 плоской антенны, показанной на фиг. 16. Также изображен вид сверху соответствующей подрешетки 310 размером 2 х 2 возбудителей 92 (а, Ь, с, 6), при этом площадки 91 (а, Ь, с, 6), возбуждаемые штырем, расположены на диэлектрической пластине 99. Возбудители изображены пунктирными линиями для того, чтобы показать, что они расположены на задней стороне диэлектрической пластины 99. Возбудители 92 (а, Ь, с, 6) подсоединены через штыри 95 (фиг. 16) к площадкам 91 (а, Ь, с, 6) от четырех выводов 94' (а, Ь, с, 6) штыря возбудителей к соответствующим четырем выводам 94 (а, Ь, с, 6) штыря площадки. На фиг. 24 изображено размещение площадок и возбудителей для режима работы с линейной поляризацией.

На фиг. 25 изображен вид сверху подрешетки 300 размером 2 х 2 площадок 91 (а, Ь, с, 6), расположенных на диэлектрической пластине 97 первого модуля плоской антенной решетки узла 90 плоской антенны (фиг. 16) для режима работы с круговой поляризацией. В подрешетке 300 площадки 91а, 91Ь, 91с и 916 отличаются друг от друга тем, что каждая из площадок поворачивается последовательно по часовой стрелке относительно оси, перпендикулярной к своему центру. Это имеет эффект того, что площадки 91а, 91Ь, 91с и 916 отличаются от друг друга с помощью расположения выводов 94 (а, Ь, с, б) штыря, которые последовательно поворачиваются по часовой стрелке так, что каждый из выводов 94а, 94Ь, 94с и 94б перемещается на угол 90° относительно предшествующего вывода в последовательности, как отражено на фиг. 24, с помощью угловой ориентации площадок относительно друг друга, включая в себя расположение каждого вывода штыря возбудителя в пределах площадки. Выводы штыря возбудителя не показаны, но размещение в этом случае подобно тому, которое изображено на фиг. 24, за исключением того, что они будут немного смещены так, чтобы каждый вывод штыря возбудителя был по существу выровнен со своим соответствующим, смещенным по углу выводом площадки возбудителя. Для передачи задержек фазы электромагнитного излучения с круговой поляризацией на 90, 180 и 270° подают токи, протекающие в выводах 94Ь, 94'с и 94'б штыря возбудителя относительно вывода 94'Ь, соответственно.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Узел плоской антенны (1, 90, 100) для приема и передачи электромагнитного излучения в двух диапазонах частот, содержащий в слоевом исполнении первый верхний модуль (2, 20) плоской антенной решетки, работающий в диапазоне низких частот, и второй нижний модуль (6, 30) плоской антенной решетки, работающий в диапазоне высоких частот, при этом первый модуль плоской антенной решетки представляет собой диэлектрическую пластину (24, 96, 110), плоскую решетку площадок и решетку возбудителей, причем каждый возбудитель связан с соответствующей одной из упомянутых площадок, каждая площадка является резонансной для частот, находящихся в диапазоне низких частот, и прозрачной для частот, находящихся в диапазоне высоких частот, второй модуль плоской антенной решетки представляет собой диэлектрическую пластину (34, 99), средство заземления (35), плоскую решетку площадок и решетку возбудителей, причем каждый возбудитель связан с соответствующей одной из упомянутых площадок, отличающийся тем, что первый модуль плоской антенной решетки содержит средство заземления (25, 97), отражающее частоты, находящиеся в диапазоне низких частот, и прозрачное для частот, находящихся в диапазоне высоких частот.
2. Узел плоской антенны по п. 1 , в котором второй модуль плоской антенной решетки представляет собой плоскую решетку площадок и решетку возбудителей, расположенные на пе редней стороне диэлектрической пластины, при этом каждый возбудитель (32, 42) решетки возбудителей электрически связан с соответствующей одной площадкой из упомянутых площадок плоской решетки площадок и средство (35, 45) заземления расположено на задней стороне диэлектрической пластины.
3. Узел плоской антенны по п.2, в котором второй модуль плоской антенной решетки дополнительно содержит вторую диэлектрическую пластину (46) и вторую плоскую решетку площадок, причем вторая плоская решетка площадок расположена на передней стороне второй диэлектрической пластины (46), задняя сторона второй диэлектрической пластины обращена к передней стороне первой диэлектрической пластины, (44) и каждая площадка первой плоской решетки площадок (41) по существу выровнена с соответствующей одной площадкой из упомянутых площадок второй плоской решетки площадок (47).
4. Узел плоской антенны по п.1, в котором второй модуль плоской антенной решетки дополнительно содержит вторую (56) диэлектрическую пластину, причем первая плоская решетка площадок (51) расположена на передней стороне первой диэлектрической пластины (54), а решетка возбудителей расположена на задней стороне первой диэлектрической пластины, при этом каждый возбудитель (52) решетки возбудителей связан электромагнитным способом с соответствующей одной площадкой (51) из упомянутых площадок первой плоской решетки площадок, средство заземления (55) расположено на задней стороне второй диэлектрической пластины (56), и передняя сторона второй диэлектрической пластины обращена к задней стороне первой диэлектрической пластины.
5. Узел плоской антенны по п.1, в котором второй модуль плоской антенной решетки дополнительно содержит вторую (75) диэлектрическую пластину, причем первая плоская решетка площадок (71) расположена на передней стороне первой диэлектрической пластины (74), средство заземления (76) расположено на задней стороне первой диэлектрической пластины (74), средство заземления имеет апертуры (77), передняя сторона второй диэлектрической пластины обращена к задней стороне первой диэлектрической пластины, и решетка возбудителей расположена на задней стороне второй диэлектрической пластины (75), при этом каждый возбудитель (72) решетки возбудителей связан электромагнитным способом с соответствующей одной из площадок (71) первой плоской решетки площадок через соответствующую одну из апертур (77) средства заземления, причем апертуры являются резонансными для частот, находящихся в диапазоне высоких частот.
6. Узел плоской антенны по п.4 или 5, в котором второй модуль плоской антенной решетки, дополнительно содержащий третью ди электрическую пластину (57, 78) и вторую плоскую решетку площадок, причем вторая плоская решетка площадок расположена на передней стороне третьей диэлектрической пластины, задняя сторона третьей диэлектрической пластины обращена к передней стороне первой диэлектрической пластины (54, 74), и каждая площадка второй плоской решетки площадок (58, 79) по существу выровнена с соответствующей одной из упомянутых площадок первой плоской решетки площадок (51, 71).
7. Узел плоской антенны по любому из пп.1-6, в котором первый модуль плоской антенной решетки (20) представляет собой плоскую решетку площадок и решетку возбудителей, расположенные на передней стороне диэлектрической пластины, при этом каждый возбудитель (22, 42) решетки возбудителей электрически связан с соответствующей одной площадкой из упомянутых площадок плоской решетки площадок, а средство (25, 45) заземления расположено на задней стороне первой диэлектрической пластины.
8. Узел плоской антенны по п.7, в котором первый модуль плоской антенной решетки дополнительно содержит вторую диэлектрическую пластину (46) и вторую плоскую решетку площадок, причем вторая плоская решетка площадок (47) расположена на передней стороне второй диэлектрической пластины, при этом задняя сторона второй диэлектрической пластины обращена к передней стороне первой диэлектрической пластины (44), а площадки второй плоской решетки площадок (47) по существу выровнены относительно площадок (41) плоской решетки площадок.
9. Узел плоской антенны по любому из пп.1-6, в котором первый модуль плоской антенной решетки дополнительно содержит вторую (56) диэлектрическую пластину, при этом первая плоская решетка площадок (51) расположена на передней стороне первой диэлектрической пластины (54), решетка возбудителей расположена на задней стороне первой диэлектрической пластины, причем каждый возбудитель (52) решетки возбудителей связан электромагнитным способом с соответствующей одной площадкой (51) из упомянутых площадок первой плоской решетки площадок, средство заземления (55) расположено на задней стороне второй диэлектрической пластины (56), а передняя сторона второй диэлектрической пластины (56) обращена к задней стороне первой диэлектрической пластины (54).
10. Узел плоской антенны по любому из пп.1-6, в котором первый модуль плоской антенной решетки дополнительно содержит вторую (75) диэлектрическую пластину, причем первая плоская решетка площадок (71) расположена на передней стороне первой диэлектрической пластины (74), а средство заземления (76) расположено на задней стороне первой ди электрической пластины (74), кроме того, средство заземления имеет апертуры (77), передняя сторона второй диэлектрической пластины (75) обращена к задней стороне первой диэлектрической пластины (74), и возбудитель решетки расположен на задней стороне второй диэлектрической пластины, при этом каждый возбудитель (72) решетки возбудителей связан электромагнитным способом с соответствующей одной из площадок (71) первой плоской решетки площадок через соответствующую одну из апертур (77) средства заземления, причем апертуры являются резонансными для частот, находящихся в диапазоне низких частот.
11. Узел плоской антенны по п. 9 или 10, в котором первый модуль плоской антенной решетки дополнительно содержит третью диэлектрическую пластину (78) и вторую плоскую решетку площадок, причем вторая плоская решетка площадок расположена на передней стороне третьей диэлектрической пластины (78), а задняя сторона третьей диэлектрической пластины обращена к передней стороне первой диэлектрической пластины (74), и каждая площадка второй плоской решетки площадок (79) по существу выровнена с соответствующей одной из упомянутых площадок (71) первой плоской решетки площадок.
12. Узел плоской антенны по любому из пп.1-6, в котором первый модуль плоской антенной решетки дополнительно содержит вторую (98) диэлектрическую пластину, причем плоская решетка площадок (91) расположена на передней стороне первой диэлектрической пластины (96), а средство заземления (97) расположено на задней стороне первой диэлектрической пластины (96), кроме того, первая диэлектрическая пластина расположена с промежутком от второй диэлектрической пластины для того, чтобы образовать антенную камеру, и решетка возбудителей расположена на задней стороне второй диэлектрической пластины (98), причем каждый возбудитель (92) решетки возбудителей электрически связан с соответствующей одной из упомянутых площадок (91) первой плоской решетки площадок с помощью штырей (95) возбудителей, и второй модуль плоской антенны расположен внутри антенной камеры.
13. Узел плоской антенны по п.12, в котором первый модуль плоской антенной решетки дополнительно содержит третью диэлектрическую пластину (110) и вторую плоскую решетку площадок, причем вторая плоская решетка площадок расположена на передней стороне третьей диэлектрической пластины, задняя сторона третьей диэлектрической пластины обращена к передней стороне первой диэлектрической пластины, и каждая площадка второй плоской решетки площадок (112) по существу выровнена с соответствующей одной из упомянутых площадок (91) первой плоской решетки площадок.
14. Узел плоской антенны по любому из пп.7-11, в котором первый и второй плоские антенные модули разделены с помощью диэлектрической пластины (4) с передней и задней сторонами, причем передняя и задняя стороны диэлектрической пластины обращены к первому и второму модулям плоской антенны, соответственно.
15. Узел плоской антенны по п.12 или 13, в котором второй плоский антенный модуль расположен внутри антенной камеры, причем диэлектрическая пластина расположена между вторым модулем антенны и средством заземления первого модуля антенны.
16. Узел плоской антенны по любому из пп.1-15, в котором первый плоский модуль антенной решетки выполнен с обеспечением возможности приема и передачи электромагнитного излучения с круговой поляризацией, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из решеток площадок первого модуля плоской антенной решетки сгруппирована в подрешетки (220, 260, 290, 300) площадок размерностью 2х2, каждая из которых имеет последовательно по часовой стрелке или против часовой стрелки первый, второй, третий и четвертый элементы (222, 262, 292, 91) подрешетки, причем возбудители решетки возбудителей первого модуля плоской антенной решетки сгруппированы в подрешетки возбудителей размерностью 2 х 2, каждая из которых имеет последовательно по часовой стрелке или против часовой стрелки первый, второй, третий и четвертый элементы (224, 264, 294) подрешетки, причем каждый элемент данной подрешетки согласуется с одним элементом данной подрешетки площадок, при этом возбудители и площадки в данной согласованной подрешетке поворачиваются на 90° относительно последовательно расположенного предшествующего элемента подрешетки.

Фиг. 2
17. Узел плоской антенны по любому из пп.1 -1 6, в котором второй модуль плоской антенной решетки выполнен с обеспечением возможности приема и передачи электромагнитного излучения с круговой поляризацией, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна решетка площадок второго модуля плоской антенной решетки сгруппирована в подрешетки (220, 260, 290, 300) площадок размерностью 2х2, каждая из которых имеет последовательно по часовой стрелке или против часовой стрелки первый, второй, третий и четвертый элементы (222, 262, 292, 91) подрешетки, причем возбудители решетки возбудителей второго модуля плоской антенной решетки сгруппированы в подрешетки возбудителей размерностью 2 х 2, каждая из которых имеет последовательно по часовой стрелке или против часовой стрелки первый, второй, третий и четвертый элементы (224, 264, 294) подрешетки, причем каждый элемент данной подрешетки возбудителей согласуется с одним элементом данной подрешетки площадок, при этом возбудители и площадки в данной согласованной подрешетке поворачиваются на 90° относительно последовательно расположенного предшествующего элемента подрешетки.
18. Узел плоской антенны по любому из пп.1-17, в котором диапазон низких частот, в котором работает первый антенный модуль, составляет от 1,49 до 1,71 ГГц и диапазон высоких частот, в котором работает второй антенный модуль, составляет от 10,70 до 12,75 ГГц.
19. Узел плоской антенны по любому из пп.1-18, содержащий также обтекатель радиолокационной антенны.