Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

МИКРОПОЛОСКОВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ АДАПТАЦИЕЙ - Патент РФ 2138104
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
МИКРОПОЛОСКОВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ АДАПТАЦИЕЙ
МИКРОПОЛОСКОВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ АДАПТАЦИЕЙ

МИКРОПОЛОСКОВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ АДАПТАЦИЕЙ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Данное изобретение относится к области микрополосковых антенных решеток СВЧ-диапазона с поляризационной адаптацией и может найти применение в поляриметрических радиолокаторах, в радиоинтроскопах, в медицинских электромагнитных аппликаторах, в системах приема и передачи информации поляризационно модулированных сигналов. Техническим результатом является возможность работы с любой линейной поляризацией, ориентированной произвольно в секторе углов 0 - 180o, с любой круговой и эллиптической поляризацией, с любым видом поляризационной модуляции и возможность обеспечить бимодальный режим приема сигнала. Микрополосковая антенная решетка содержит четное количество излучателей в форме прямоугольника, которые размещены в узлах прямоугольной координатной сетки и разделены между собой зазорами. Средние излучатели четырех взаимно перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки, выполнены в форме прямоугольника, одна сторона которого равна длине волны, другая, смежная с ней сторона, равна половине длины волны, остальные излучатели выполнены в форме квадрата со стороной, равной длине волны. К каждому среднему излучателю четырех лучей в точке, расположенной на середине боковой кромки, подключен возбуждающий элемент. 10 з.п.ф-лы, 12 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2138104
Класс(ы) патента: H01Q21/24, H01Q1/38
Номер заявки: 98121534/09
Дата подачи заявки: 27.11.1998
Дата публикации: 20.09.1999
Заявитель(и): Орлов Александр Борисович; Лутин Эмиль Аркадьевич; Желяев Николай Николаевич; Орлов Кирилл Александрович
Автор(ы): Орлов А.Б.; Лутин Э.А.; Желяев Н.Н.; Орлов К.А.
Патентообладатель(и): Орлов Александр Борисович; Лутин Эмиль Аркадьевич; Желяев Николай Николаевич; Орлов Кирилл Александрович
Описание изобретения: Данное изобретение относится к области радиотехники, в частности к плоским микрополосковым антенным решеткам СВЧ-диапазона с поляризационной адаптацией к излучаемому или принимаемому сигналам, и может найти применение в системах передачи и приема информации поляризационно модулированного сигнала, поляриметрических радиолокаторах для измерения параметров матрицы Мюллера, в радиоинтроскопах для дефектоскопии с помощью СВЧ-волн в строительстве, в медицинских диагностических и терапевтических СВЧ электромагнитных аппликаторах, в системах связи и метрологии.
Известна микрополосковая антенна (Daniel Н. Schaubert, Frederick G. Farrar, Arthur Sindoris, Scott T. Hayes/ Miorostrip Antennas with Frequency Agility and Polarization Diversity, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. AP-29, 1981, N 1, January, pp.ll8-123), содержащая излучатель, выполненный в форме квадрата, к которому подключены четыре независимых коаксиальных входа для формирования четырех различных видов поляризации: линейной - вертикальной и горизонтальной, круговой - правосторонней и левосторонней. Вид поляризации устанавливается коммутацией соответствующего входа излучателя на источник СВЧ-энергии. При формировании управляемых по поляризации приемо-передающих многоэлементных фазированных антенных решеток, на основе таких излучателей, требуются достаточно сложные (ветвистые) фидерные цепи с большим количеством делителей мощности и коммутирующих устройств, что приводит к значительным потерям СВЧ-мощности, большой мощности источника постоянного напряжения для коммутирующих устройств, сложного алгоритма управления коммутирующими устройствами. Эти факторы являются существенным недостатком данной микрополосковой антенны.
Наиболее близким техническим решением - прототипом является плоская микрополосковая антенная решетка (патент Российской Федерации N 2087058, кл. H 01 Q 1/39 C1, 1997 г.), содержащая нечетное количество излучателей, выполненных в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки и разделены между собой зазорами одинаковой ширины, боковые кромки излучателей расположены параллельно соответствующим осям этой координатной сетки, при этом центральный излучатель выполнен в форме квадрата, сторона которого равна половине длины волны, средние излучатели одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки соответственно, выполнены в форме прямоугольника, одна сторона которого параллельная соответствующей центральной ветви прямоугольной координатной сетки, равна длине волны, а другая, смежная с ней, сторона излучателя равна половине длины волны, остальные излучатели плоской антенной решетки выполнены в форме квадрата, сторона которого равна длине волны, при этом возбуждающий элемент центрального излучателя подключен в одном его углу, в точке пересечения одной и другой его смежных боковых, а к каждому среднему излучателю одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки, в точке, расположенной на середине боковой кромки, длиной, равной длине волны и лежащей на одной прямой с одной и другой смежными боковыми кромками центрального излучателя соответственно, подключены возбуждающие элементы, идентичные возбуждающему элементу центрального излучателя, одни концы которого гальванически соединены с соответствующими излучателями, вторые концы возбуждающих элементов центрального и средних излучателей плоской микрополосковой антенной решетки гальванически соединены с введенной разводкой питания, выполненной в виде крестообразного ортогонального соединения четырех отрезков микрополосковых линий, оси которых попарно соосны и расположены параллельно центральным ветвям прямоугольной координатной сетки соответственно, при этом диэлектрическая подложка разводки питания установлена параллельно диэлектрической подложке плоской микрополосковой антенной решетки, причем в центр крестообразного соединения четырех отрезков микрополосковых линий включен второй конец возбуждающего элемента центрального излучателя, а вторые концы возбуждающих элементов средних излучателей одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки включены в соответствующие отрезки микрополосковых линий крестообразного соединения по осевым линиям, при этом отрезок входной линии передачи подключен к продолжению одного из четырех отрезков микрополосковых линий крестообразного соединения, а длина остальных трех отрезков микрополосковых линий ограничивается точкой подключения соответствующего ему второго конца возбуждающего элемента крайнего среднего излучателя центральных ветвей прямоугольной координатной сетки.
Недостатками известного технического решения являются:
- наличие поляризационных потерь принимаемого антенной решеткой сигнала с ориентацией линейного вектора поляризации электрического поля в секторе углов больше 90o и меньше 135o;
- невозможность приема антенной решеткой сигнала с ориентацией линейного вектора поляризации электрического поля под углом 135o
- невозможность перестройки направления ориентации линейного вектора поляризации электрического поля антенной решеткой в режиме излучения;
- невозможность адаптации поляризационной характеристики антенной решетки в режиме приема под ориентацию линейного вектора поляризации электрического поля принимаемого сигнала;
- невозможность формирования антенной решеткой круговой или эллиптической поляризации сигнала в режиме излучения;
- невозможность работы антенной решетки в режиме приема и в режиме передачи с поляризационно модулированными сигналами.
Технической задачей данного изобретения является создание микрополосковой антенной решетки, способной: - работать в режиме излучения и в режиме приема СВЧ-сигнала с любой линейной поляризацией, ориентированной произвольно в секторе углов от 0o до 180o; - работать в режиме излучения и режиме приема с любой круговой поляризацией с правосторонним или левосторонним направлением вращения вектора поляризации; - в режиме приема принимать, а режиме излучения формировать сигнал эллиптической поляризации с любым углом ориентации эллипса поляризации, с любым углом эллиптичности, с любым коэффициентом поляризации; - обеспечить в режиме излучения и в режиме приема полную поляризационную адаптацию для любого вида и параметров поляризации СВЧ-сигнала; - обеспечить работу в режиме излучения и в режиме приема с любым видом поляризационно модулированного сигнала.
Поставленная задача решается тем, что в микрополосковой антенной решетке, содержащей излучатели, выполненные в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки и разделенные между собой, по каждой ветви прямоугольной координатной сетки, зазорами, а стороны излучателей расположены параллельно соответствующим ветвям этой прямоугольной координатной сетки, при этом средние излучатели четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки соответственно выполнены в форме прямоугольника, одна сторона которого, параллельная соответствующему лучу прямоугольной координатной сетки равна длине волны, а другая, смежная с ней, сторона излучателя равна половине длины волны, остальные излучатели микрополосковой антенной решетки выполнены в форме квадрата, сторона которого равна длине волны, при этом к каждому среднему излучателю четырех взаимно перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки, в точке, расположенной на середине стороны (боковой кромки), длиной, равной длине волны, подключены возбуждающие элементы, выполненные в виде металлического штыря, одни концы которых гальванически соединены с соответствующими излучателями, а вторые концы гальванически соединены с разводкой питания, выполненной в виде четырех взаимно перпендикулярных отрезков микрополосковых линий, оси которых расположены параллельно четырем взаимно перпендикулярным лучам средних излучателей прямоугольной координатной сетки соответственно, диэлектрическая подложка разводки питания установлена параллельно диэлектрической подложке микрополосковой антенной решетке, при этом вторые концы возбуждающих элементов средних излучателей четырех взаимно перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки включены в соответствующие взаимно перпендикулярные отрезки микрополосковых линий разводки питания по осевым линиям, отрезок входной линии передачи подключен к продолжению одного отрезка микрополосковой линий разводки питания, количество излучателей микрополосковой антенной решетки выбрано четным, при этом четыре средних излучателя соответственно четырех взаимно перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки расположены в форме квадрата, каждая сторона, которого образована двумя внешними, по отношению к началу координат микрополосковой антенной решетки, боковыми кромками двух средних излучателей, одной боковой кромкой, длиной, равной длине волны, одного среднего излучателя и одной боковой кромкой, длиной, равной половине длины волны, другого среднего излучателя двух взаимно перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки соответственно, при этом внутренние боковые кромки, длиной, равной длине волны, первого и второго средних излучателей, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки, и к внешним, по отношению к началу координат микрополосковой антенной решетки, сторонам, длиной равной длине волны, третьего и четвертого средних излучателей, причем длина первого, второго, третьего и четвертого взаимно перпендикулярных, отрезков микрополосковых линий разводки питания с одной стороны ограничина точкой подключения второго конца возбуждающего элемента первого, второго, третьего и четвертого средних излучателей четырех взаимно перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки, соответственно, а к продолжению второго, третьего и четвертого взаимно перпендикулярных отрезков микрополосковых линий разводки питания подключены введенные второй, третий и четвертый отрезки входных линий передачи.
Микрополосковая антенная решетка структурно представляет собой две независимые взаимно перпендикулярные системы линеек излучателей, продольные оси которых параллельны соответствующим лучам прямоугольной координатной сетки. Каждая линейка излучателей состоит из цепочки электромагнитно связанных между собой пассивных излучателей в форме квадрата, со стороной, равной длине волны, и среднего активного излучателя прямоугольной формы, со сторонами, равными длине волны и половине длине волны, соответственно, и соединенный, возбуждающим элементом, с соответствующим отрезком микрополосковой линии разводки питания. Каждой системе линеек излучателей присуще только то направление ориентации линейного вектора поляризации электрического поля, при котором продольная ось линейки излучателей будет параллельна соответствующему лучу прямоугольной координатной сетки. Поскольку каждый излучатель квадратной формы микрополосковой антенной решетки, соответствующей парой боковых кромок, одновременно входит в состав одной и другой систем линеек излучателей, то в каждом излучателе квадратной формы одновременно могут возбуждаться колебания двух независимых и ортогональных между собой линейных поляризаций - вертикальной и горизонтальной со своими амплитудами и фазами. Каждая система средних активных излучателей, соответствующего луча прямоугольной координатной сетки, объединена соответствующим отрезком микрополосковой линии разводки питания, с подключенной к нему входной линией передачи. Первая и третья системы средних излучателей, соответствующие им лучи которых, параллельны, адекватны вертикальной, а вторая и четвертая системы средних излучателей, соответствующие им лучи которых параллельны, - горизонтальной составляющим линейного вектора поляризации электрического поля микрополосковой антенной решетки.
В режиме излучения, в зависимости от амплитуды и фазы СВЧ-сигнала, подаваемого на каждую из четырех входных, линий передачи микрополосковой антенной решеткой формируется электромагнитное поле заданного вида поляризации. Так, например, микрополосковая антенная решетка: при равноамплитудном и синфазном возбуждении первой и третьей систем средних излучателей, а второй и четвертой систем подключение к согласованной нагрузке - излучает сигнал линейной поляризации с вертикальной ориентацией вектора напряженности электрического поля; при возбуждении второй и четвертой систем средних излучателей, а первой и третьей систем подключение к согласованной нагрузке - излучает сигнал линейной поляризации с горизонтальной ориентацией вектора напряженности электрического поля; при равноамплитудном возбуждении и фазовом распределении 180o, 0o, 180o, 0o соответственно первой, второй, третьей и четвертой систем средних излучателей - излучается линейно поляризованный сигнал с ориентацией вектора напряженности электрического поля под углом 45o, относительно первого и четвертого лучей прямоугольной координатной сетки; при равноамплитудном возбуждении и фазовом распределении 0o, 90o, 0o, 90o, или 0o, 270o, 0o, 270o соответственно первой, второй, третьей и четвертой систем средних излучателей - излучается сигнал круговой поляризации. Устанавливая амплитудно-фазовое распределение на первой, второй, третьей и четвертой системах средних излучателей по другим законам можно: формировать излучаемый сигнал эллиптической поляризации, менять угол эллиптичности, менять угол ориентации эллипса поляризации и соотношение амплитуд большой и малой осей эллипса поляризации, т.е. коэффициент эллиптичности. Таким образом можно формировать различные виды поляризационной модуляции сигнала (К. Г. Гусев, А.Д. Филатов, А. П. Сополев/ Поляризационная модуляция. М.: Сов. Радио, 1974, стр. 83).
В режиме приема, на апертуру антенной решетки падает поляризованная электромагнитная волна с любым видом поляризации: линейно-поляризованная волна, с любой ориентацией вектора напряженности электрического поля в секторе углов от 0o до 180o, волна с круговой правосторонним или левосторонним вращением вектора поляризации, эллиптически поляризованная волна с любым коэффициентом эллиптичности, с любым углом ориентации эллипса поляризации и любым углом эллиптичности. На микрополосковых излучателях вектор напряженности электрического поля принятого сигнала раскладывается как суперпозиция двухкоординатно-ориентированных, в принятой прямоугольной координатной сетке, на две координатные составляющие сигнала - вертикальную и горизонтальную, каждая из которых возбуждает соответствующую ей систему линеек-излучателей с последующим построчным и постолбцевым суммированием в соответствующем для каждой линейки среднем активном излучателе. Суммирование сигналов со средних излучателей происходит в соответствующем отрезке микрополосковой линии разводки питания и результирующие амплитудные и фазовые составляющие принятого сигнала, адекватные поляризации принятого сигнала, поступают в соответствующие четыре отрезка входных линий передачи.
Таким образом, амплитудно-фазовое распределение на четырех входных отрезках линий передачи адекватно заданному виду поляризации и поляризационным характеристикам излучаемой или принимаемой микрополосковой антенной решеткой электромагнитной волны.
Микрополосковая антенная решетка может быть выполнена с подключением к четырем линейкам крайних пассивных излучателей, выполненных в форме квадрата со стороной, равной длине волны, четырех введенных систем излучателей выполненных в форме квадрата, со стороной, равной длине волны, идентичные пассивным излучателям в форме квадрата, со стороной, равной длине волны, микрополосковой антенной решетки, центры введенных излучателей расположены в узлах прямоугольной координатной сетки микрополосковой антенной решетки, при этом введенные четыре системы излучателей установлены со стороны внешних боковых кромок четырех линеек крайних излучателей соответственно, причем, первая система введенных излучателей установлена к первой линейке излучателей, ограниченной первым и вторым взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна первому лучу прямоугольной координатной сетки, вторая система введенных излучателей установлена к второй линейке излучателей, ограниченной вторым и третьим взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна второму лучу прямоугольной координатной сетки, третья система введенных излучателей установлена к третьей линейке излучателей, ограниченной третьим и четвертым взаимно перпендикулярными лучам прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна третьему лучу прямоугольной координатной сетки, четвертая система введенных излучателей установлена к четвертой линейке излучателей, ограниченной четвертым и первым взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна четвертому лучу прямоугольной координатной сетки, при этом количество излучателей квадратной формы заключенных в соответствующих взаимно перпендикулярных лучах прямоугольной координатной сетки одинаково и равенством количества излучателей в строке и в столбце, а зазоры, разделяющие между собой излучатели по каждой ветви прямоугольной координатной сетки, выполнены одинаковой ширины.
Такое выполнение микрополосковой антенной решетки создает симметрию апертуры, что в свою очередь позволяет обеспечить: более точное воспроизведение заданных поляризационных характеристик; высокую степень поляризационной адаптации в режиме излучения и в режиме приема; передачу и прием всех видов поляризационно модулированных СВЧ-сигналов без искажений; высокую степень симметрии амплитудного распределения по апертуре антенной решетки относительно средних активных излучателей; полную симметрию диаграммы направленности антенной решетки в ортогональных плоскостях прямоугольной координатной сетки; низкий уровень боковых лепестков; свести к минимому число типоразмеров топологии апертуры антенной решетки; увеличить технологическую воспроизводимость при производстве и повысить вероятность выхода годных.
Микрополосковая антенная решетка может быть снабжена блоком управления поляризации (БУП), который может быть выполнен состоящим из первого и второго фазовращателя, выходные каналы которых соединены с входными каналами первого и второго трехдецибельными делителями мощности соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а входные каналы первого и второго фазовращателя являются выходными ортогонально поляризационными каналами БУП.
Введение БУП в микрополосковую антенную решетку обеспечивает прием одновременно двух ортогональных линейно поляризованных составляющих сигнала (бимодальный прием) и направлять каждую из выделенных поляризационных составляющих сигнала в соответствующий выходной поляризационный канал; в режиме излучения обеспечивает возможность использовать некоторые виды поляризационной модуляции сигнала по ортогональным составляющим.
БУП может быть выполнен подключением входных каналов первого и второго фазовращателя к выходным каналам введенного трехдецибельного делителя мощности с коммутируемыми каналами, входной канал которого является входным каналом БУП.
Такое выполнение БУП позволяет, переключая электронным путем соответствующие пары выходных каналов БУП, формировать требуемое амплитудное распределение, а электронными фазовращателями устанавливать требуемое фазовое распределение, которые подключены к входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, что позволяет обеспечить заданные поляризационные параметры антенной решетки. Так, например, линейно поляризованный сигнал вертикальной или горизонтальной ориентации формируется возбуждением одной пары входных линий передачи антенной решетки полной мощностью, при этом другая пара входных линий передачи нагружена на согласованные нагрузки, установленные в первом коммутируемом трехдецибельном делителе мощности БУП. Линейная поляризация, с любой ориентацией вектора напряженности электрического поля в секторе углов от 0o до 180o, и круговая правосторонняя или левосторонняя поляризация сигнала устанавливается равноамплитудным распределением на четырех выходных каналах БУП с соответствующим фазовым распределением. Поляризационная адаптация антенной решетки данным БУП может осуществляться только с линейно поляризованными сигналами. Поскольку БУП микрополосковой антенной решетки имеет один вход-выход, поэтому в режиме приемо-передачи необходимо использовать на входе БУП циркулятор.
БУП может быть выполнен состоящим из первого и второго трехдецибельного делителя мощности, выходные каналы каждого из которых соединены с последовательно соединенными фазовращателем и управляемым переменным аттенюатором соответственно, выходные каналы управляемых переменных аттенюаторов являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а входной канал первого и второго трехдецибельного делителя мощности является входным каналом БУП.
Такое выполнение БУП обеспечивает микрополосковой антенной решетке полную амплитудно-фазовую идентичность всех каналов; обеспечивает прием одновременно двух ортогональных линейно поляризованных составляющих сигнала (бимодальный прием) и направлять каждую из выделенных поляризационных составляющих сигнала в соответствующий выходной поляризационный канал БУП; в режиме излучения обеспечивает возможность использовать некоторые виды поляризационной модуляции сигнала по ортогональным составляющим; осуществлять поляризационную адаптацию в режиме приема и в режиме излучения; работать с некоторыми видами поляризационной модуляции сигнала, повысить поляризационную помехозащищенность.
БУП может быть выполнен подключением входного канала первого и второго трехдецибельных делителя мощности к выходным каналам введенного трехдецибельного делителя мощности с коммутируемыми каналами, входной канал которого является входным каналом БУП.
Такое выполнение БУП позволяет обеспечить работу микрополосковой антенной решетки в режиме линейной поляризации - с любой ориентацией вектора напряженности электрического поля в секторе углов от 0o до 180o, и в режимах круговой - правосторонней или левосторонней поляризации сигнала. Подсоединение в каждый выходной канал второго и третьего трехдецибельного делителя мощности управляемого фазовращателя позволяет обеспечить необходимое фазовое распределение на выходных каналах БУП с высокой точностью и одновременно осуществить фазовую коррекцию каждого выходного калала, а подключение управляемого аттенюатора позволяет обеспечить амплитудную коррекцию каждого выходного канала БУП и тем самым скомпенсировать неоднородности, возникающие за счет конструктивно-технологических погрешностей при выполнении конструкции. Таким образом обеспечивается более точное воспроизведение поляризационных характеристик микрополосковой антенной решетки, а в случае использования ее как субрешетку сканирующей антенной решетки круговой поляризации сохранить высокий коэффициент эллиптичности в большем секторе углов сканирования, а для линейной поляризации - уменьшить кросполяризационную составляющую.
БУП может быть выполнен состоящим из первого трехдецибельного делителя мощности, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя соответственно, проходной и связанный каналы которого соединен с входными каналами первого и второго переключателей соответственно, первые выходные каналы которых соединены с согласованными нагрузками, а вторые выходные каналы соединены с входными каналами второго и третьего фазовращателей соответственно, выходные каналы которых соединены с входными каналами второго и третьего трехдецибельных делителей мощности соответственно, выходные каналы второго и третьего трехдецибельных делителей мощности являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а входной канал первого трехдецибельного делителя мощности является входным каналом БУП.
Такое выполнение БУП позволяет обеспечить микрополосковой антенной решетке работать в режиме приема и режиме излучения с сигналами эллиптической поляризации, регулировать угол ориентации эллипса поляризации, менять угол эллиптичности, менять соотношение амплитуд большой и малой осей эллипса поляризации (коэффициент эллиптичности), осуществлять поляризационную адаптацию в режиме приема и режиме излучения, работать о различными видами поляризационной модуляции сигнала.
БУП может быть выполнен состоящим из первого трехдецибельного делителя мощности, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя соответственно, проходной и связанный каналы которого соединен с входными каналами первого и второго переключателей соответственно, первые выходные каналы которых соединены с согласованными нагрузками, а вторые выходные каналы соединены с входными каналами второго и третьего трехдецибельными делителями мощности соответственно, при этом каждый выходной канал второго и третьего трехдецибельного делителя мощности соединен с последовательно соединенными управляемым фазовращателем и управляемым переменным аттенюатором соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям микрополосковой антенной решетки, а входной канал первого трехдецибельного делителя мощности является входным каналом БУП.
Такое выполнение БУП позволяет обеспечить микрополосковой антенной решетке работать в режиме приема и излучения с сигналами эллиптической поляризации, регулировать угол ориентации эллипса поляризации, менять угол эллиптичности, менять соотношение амплитуд большой и малой осей эллипса поляризации (коэффициент эллиптичности), осуществлять фазовую и амплитудную коррекцию сигнала по каждому выходному каналу БУП, т.е. обеспечить полную амплитудно-фазовую идентичность всех каналов, осуществлять полную поляризационную адаптацию в режиме приема и режиме излучения, работать с различными видами поляризационной модуляции сигнала, повысить поляризационную помехозащищенность.
БУП может быть выполнен состоящим из последовательно соединенных первого переключателя и первого циркулятора, второе плечо которого соединено с первым каналом второго переключателя, второй канал которого соединен со вторым каналом первого переключателя, третий канал соединен с первым каналом третьего переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо первого циркулятора соединено со вторым каналом третьего переключателя, при этом четвертый переключатель последовательно соединен со вторым циркулятором, второе плечо которого соединено с первым каналом пятого переключателя, второй канал которого соединен со вторым каналом четвертого переключателя, третий канал соединен с первым каналом шестого переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо второго циркулятора соединено со вторым каналом шестого переключателя, при этом третий канал первого переключателя и третий канал четвертого переключателя подключены к выходным каналам первого двухканального делителя мощности с коммутируемыми каналами и перестраиваемым коэффициентом деления, входной канал которого является входным каналом БУП, а пятый канал второго переключателя и пятый канал пятого переключателя соединены с входными каналами первого и второго фазовращателей соответственно, выходные каналы которых соединены с входными каналами второго и третьего трехдецибельных делителей мощности соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а третий канал третьего переключателя и третий канал шестого переключателя являются выходными поляризационными каналами микрополосковой антенной решетки.
Такое выполнение БУП позволяет обеспечить микрополосковой антенной решетке режим приема одновременно двух ортогональных линейно поляризованных составляющих сигнала (бимодальный прием) и выделять каждую составляющую сигнала в соответствующий выходной поляризационный канал; осуществлять в режиме приема, в режиме излучения или в режиме приемо-передачи равноценную работу с сигналами линейной поляризации с любой ориентацией вектора напряженности электрического поля в секторе углов от 0o до 180o; работать с сигналами круговой поляризации - правосторонней или левосторонней; работать с сигналами эллиптической поляризации, менять угол ориентации эллипса поляризации, менять угол эллиптичности, менять соотношение амплитуд большой и малой осей эллипса поляризации (коэффициент эллиптичности), обеспечивать поляризационную адаптацию во всех режимах работы антенной решетки, работать с любыми видами поляризационной модуляции сигнала, обеспечивать высокую поляризационную помехозащищенность.
БУП может быть выполнен состоящим из последовательно соединенных первого переключателя и первого циркулятора, второе плечо которого соединено с первым каналом второго переключателя, второй канал которого соединен со вторым каналом первого переключателя, третий канал соединен с первым каналом третьего переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо первого циркулятора соединено со вторым каналом третьего переключателя, при этом четвертый переключатель последовательно соединен со вторым циркулятором, второе плечо которого соединено с первым каналом пятого переключателя, второй канал которого соединен со вторым каналом четвертого переключателя, третий канал соединен с первым каналом шестого переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо второго циркулятора соединено со вторым каналом шестого переключателя, при этом третий канал первого переключателя и третий канал четвертого переключателя подключены к выходным каналам первого двухканального делителя мощности с коммутируемыми каналами и перестраиваемым коэффициентом деления, входной канал которого является входным каналом БУП, а пятый канал второго переключателя и пятый канал пятого переключателя соединены с входными каналами второго и третьего трехдецибельными делителями мощности соответственно, каждый выходной канал второго и третьего трехдецибельных делителей мощности соединен с последовательно соединенными управляемым фазовращателем и управляемым переменным аттенюатором соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а третий канал третьего переключателя и третий канал шестого переключателя являются выходными поляризационными каналами микрополосковой антенной решетки.
Такое выполнение БУП позволяет обеспечить микрополосковой антенной решетке: работу на любых видах поляризации сигнала; полную поляризационную адаптацию на всех видах, поляризации и на всех режимах работы антенной решетки на прием, на излучение и приемопередающий режим, режим бимодального приема; осуществлять оперативную поляризационную адаптацию непосредственно в рабочем режиме; работать с любыми видами поляризационной модуляции сигнала; высокую поляризационную помехозащищенность; обеспечить полную амплитудно-фазовую идентичность всех выходных каналов микрополосковой антенной решетки; осуществлять процессорное управление режимом работы антенной решетки.
На фиг. 1 изображена конструкция микрополосковой антенной решетки с поляризационной адаптацией; на фиг. 2 - конструкция микрополосковой антенной решетки с поляризационной адаптацией и с симметричной апертурой; на фиг. 3 - конструкция микрополосковой разводки питания микрополосковой антенной решетки с поляризационной адаптацией; на фиг. 4 - конструкция металлического экрана, разделяющего диэлектрические подложки антенной решетки и разводки питания; на фиг. 5 - структурная схема блока управления поляризацией приемной антенной решетки с двухканальным поляризационно ортогональным выходом; на фиг. 6 - структурная схема блока управления поляризацией антенной решетки для любых видов линейной и круговой поляризации; на фиг. 7 - структурная схема блока управления поляризацией приемной антенной решетки с двухканальным поляризационно ортогональным выходов и амплитудно-фозовой коррекцией в каждом входном канале; на фиг. 8 - структурная схема блока управления поляризацией антенной решетки для любых видов линейной и круговой поляризации и амплитудно-фазовой коррекцией в каждом входном канале и поляризационной адаптацией; на фиг. 9 - структурная схема блока управления поляризацией антенной решетки для любых видов поляризации (линейная, круговая, эллиптическая), с поляризационной адаптацией, с возможностью регулирования угла ориентации, угла эллиптичности, коэффициента эллиптичности эллипса поляризации, с возможностью работать с различными видами поляризационной модуляции сигнала; на фиг. 10 - структурная схема блока управления поляризацией антенной решетки с амплитудно-фазовой коррекцией в каждом выходном канале для любых видов поляризации, с поляризационной адаптацией, с возможностью регулирования угла ориентации, угла эллиптичности, коэффициента эллиптичности эллипса поляризации, с возможностью работать с различными видами поляризационной модуляции сигнала; на фиг. 11 - структурная схема блока управления поляризацией антенной решетки с переключаемыми режимами работы (на прием, на излучение, приемопередающий режим), с полной поляризационной адаптацией на любых видах линейной, круговой поляризации, с эллиптической поляризацией и регулируемыми параметрами эллипса, о двухканальным поляризационно ортогональным выходом, с возможностью работы на любых видах поляризационно модулированного сигнала; на фиг. 12 - структурная схема блока управления поляризацией антенной решетки с амплитудно-фазовой коррекцией в каждом выходном канале с переключаемыми режимами работы (на прием, на излучение, приемопередающий режим), с полной поляризационной адаптацией на любых видах линейной, круговой поляризации, с эллиптической поляризацией и регулируемыми параметрами эллипса, с двухканальным поляризационно ортогональным выходом, с возможностью работы на любых видах поляризационно модулированного сигнала.
Микрополосковая антенная решетка 1 (фиг. 1) содержит четное количество излучателей, выполненных в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки и разделенные между собой, по каждой ветви прямоугольной координатной сетки, зазорами 2 и 3 соответственно, а боковые кромки излучателей расположены параллельно соответствующим ветвям этой прямоугольной координатной сетки. К каждому среднему излучателю 4 четырех взаимно перпендикулярных лучей 5, 6, 7, 8 прямоугольной координатной сетки в точке, расположенной на середине боковой кромки 9, длиной, равной длине волны, подключены возбуждающие элементы 13. Средние излучатели 4 четырех взаимно перпендикулярных лучей 5, 6, 7 и 8 прямоугольной координатной сетки соответственно выполнены в форме прямоугольника, одна сторона 9 которого, параллельная соответствующему лучу 5, 6, 7, 8 прямоугольной координатной сетки равна длине волны, а другая, смежная с ней, сторона 10 излучателя 4 равна половине длины волны, остальные излучатели 11 микрополосковой антенной решетки 1 выполнены в форме квадрата, сторона 12 которого равна длине волны. Четыре средних излучателя 4, соответственно четырех взаимно перпендикулярных лучей 5, 6, 7, 8 прямоугольной координатной сетки, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки 1 расположены в форме квадрата, каждая сторона которого образована двумя внешними, по отношению к началу координат микрополосковой антенной решетки 1, боковыми кромками двух средних излучателей 4, одной боковой кромкой 9, длиной, равной длине волны, одного среднего излучателя 4 и одной боковой кромкой 10, длиной, равной половине длины волны, другого среднего излучателя 4 двух взаимно перпендикулярных лучей 5 и 6, 6 и 7, 7 и 8, 8 и 5 прямоугольной координатной сетки соответственно, при этом внутренние боковые кромки 14, длиной, равной длине волны, первого 15 и второго 16 средних излучателей 4, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки 1, и соответствующих им системы средних излучателей 4, соответственно первого 5 и второго 6 взаимно перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки, расположены на соответствующих лучах 5 и 6 прямоугольной координатной сетки к этим боковым кромкам 14 подключены возбуждающие элементы 13, а внешние боковые кромки 17, длиной, равной длине волны, третьего 18 и четвертого 19 средних излучателей 4, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки 1, и соответствующих им системы средних излучателей 4, соответственно третьего 7 и четвертого 8 взаимно перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки, расположены на соответствующих лучах 7 и 8 прямоугольной координатной сетки и к этим боковым кромкам 17 подключены возбуждающие элементы 13, выполненных в виде металлического штыря. Одни концы возбуждающих элементов 13 гальванически соединены с соответствующими средними излучателями 4, а вторые концы гальванически соединены с разводкой питания 20, выполненной в виде четырех взаимно перпендикулярных отрезков микрополосковых линий 21, 22, 23 и 24, оси которых расположены параллельно четырем взаимно перпендикулярным лучам 5, 6, 7 и 8 средних излучателей 4 прямоугольной координатной сетки соответственно, диэлектрическая подложка разводки питания 20 установлена параллельно диэлектрической подложке микрополосковой антенной решетке 1, при этом вторые концы возбуждающих элементов 13 средних излучателей 4 четырех взаимно перпендикулярных лучей 5, 6, 7 и 8 прямоугольной координатной сетки включены в соответствующие взаимно перпендикулярные отрезки микрополосковых линий 21, 22, 23 и 24 разводки питания 20 по осевым линиям. Длина первого 21, второго 22, третьего 23 и четвертого 24 взаимно перпендикулярных отрезков микрополосковых линий разводки питания 20 с одной стороны ограничена точкой подключения второго конца возбуждающего элемента 13 первого 15, второго 16, третьего 17 и четвертого 18 средних излучателей 4 четырех взаимно перпендикулярных лучей 5, 6, 7 и 8 прямоугольной координатной сетки соответственно, а к продолжению первого 21, второго 22, третьего 23 и четвертого 24 взаимно перпендикулярных отрезков микрополосковых линий разводки питания 20 подключены первый 25, второй 26, третий 27 и четвертый 28 отрезки входных линий передачи. Диэлектрическая подложка разводки питания 20 и диэлектрическая подложка антенной решетки 1 разделены между собой общим металлическим экраном 29, в котором в местах расположения возбуждающих элементов 13 выполнены круглые отверстия 30, . образующие отрезки межуровневых коаксиальных переходов.
В микрополосковую антенную решетку 1 (фиг. 2) к четырем линейкам крайних пассивных излучателей 11, выполненных в форме квадрата, со стороны их внешних боковых кромок 12 подключено четыре системы излучателей 31, 32, 33 и 34, идентичных пассивным излучателям 11, центры которых расположены в системе координат микрополосковой антенной решетки 1. Первая система излучателей 31 установлена к первой линейке излучателей 11, ограниченной первым 5 и вторым 6 взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна первому лучу 5 прямоугольной координатной сетки, вторая система излучателей 32 установлена ко второй линейке излучателей 11, ограниченной вторым 6 и третьим 7 взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна второму лучу 6 прямоугольной координатной сетки, третья система излучателей 33 установлена к третьей линейке излучателей 11, ограниченной третьим 7 и четвертым 8 взаимно перпендикулярными лучам прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна третьему 7 лучу прямоугольной координатной сетки, четвертая система излучателей 34 установлена к четвертой линейке излучателей 11, ограниченной четвертым 8 и первым 5 взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна четвертому лучу 8 прямоугольной координатной сетки. Количество излучателей квадратной формы 31, 32, 33 и 34, заключенных в соответствующих взаимно перпендикулярных лучах 5 и 6, 6 и 7, 7 и 8, 8 и 5 прямоугольной координатной сетки, одинаково и количество излучателей в отроке равно количеству излучателей в столбце. Зазоры 3, разделяющие между собой излучатели по каждой ветви прямоугольной координатной сетки, выполнены одинаковой ширины.
БУП (фиг. 5) состоит из первого 35 и второго 36 фазовращателя, выходные каналы которых соединены с входными каналами первого 37 и второго 39 трехдецибельными делителями мощности соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к входным линиям передачи 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 микрополосковой антенной решетки 1, а входные каналы первого 35 и второго 36 фазовращателя являются входными ортогонально поляризационными каналами БУП.
В БУП (фиг. 6) входные каналы 39 и 40 первого 35 и второго 36 фазовращателя (фиг. 5) подключены к выходным каналам трехдецибельного делителя мощности 41 с коммутируемыми каналами, входной канал 42 которого является входным каналом БУП.
БУП (фиг. 7) состоит из первого 43 и второго 44 трехдецибельного делителя мощности, выходные каналы каждого из которых соединены с последовательно соединенными фазовращателем 45 и управляемым переменным аттенюатором 46 соответственно. Выходные каналы управляемых переменных аттенюаторов 46 являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 микрополосковой антенной решетки 1, а входной канал 47 и 48 первого 43 и второго 44 трехдецибельного делителя мощности являются выходными ортогонально поляризационными каналами БУП.
В БУП (фиг. 8) входные каналы 47 и 48 первого 43 и второго 44 трехдецибельного делителя мощности (фиг. 7) подключены к выходным каналам трехдецибельного делителя мощности 49 с коммутируемыми каналами, входной канал 50 которого является входным каналом БУП.
БУП (фиг. 9) состоит из первого трехдецибельного делителя мощности 51, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя 52, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя 52 соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя 53 соответственно, проходной и связанный каналы которого соединен с входными каналами первого 54 и второго 55 переключателей соответственно, первые выходные каналы которых соединены с согласованными нагрузками 56, а вторые выходные каналы соединены с входными каналами второго и третьего фазовращателей 57 соответственно, выходные каналы которых соединены с входными каналами второго и третьего трехдецибельных делителей мощности 58 соответственно, выходные каналы второго и третьего трехдецибельных делителей мощности 58 являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 микрополосковой антенной решетки 1, а входной канал 59 первого трехдецибельного делителя мощности 51 является входным каналом БУП.
БУП (фиг. 10) состоит из первого трехдецибельного делителя мощности 60, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя 61, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя 61 соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя 62 соответственно, проходной и связанный каналы которого соединены с входными каналами первого 63 и второго 64 переключателей соответственно, первые выходные каналы которых соединены с согласованными нагрузками 65, а вторые выходные каналы соединены с входными каналами второго 66 и третьего 67 трехдецибельными делителями мощности соответственно, при этом каждый выходной канал второго 66 и третьего 67 трехдецибельных делителей мощности соединены с последовательно соединенными управляемым фазовращателем 68 и управляемым переменным аттенюатором 69 соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 микрополосковой антенной решетки 1, а входной канал 70 первого трехдецибельного делителя мощности 60 является входным каналом БУП.
БУП (фиг. 11) состоит из последовательно соединенных первого переключателя 61 и первого циркулятора 62, второе плечо которого соединено с первым каналом второго переключателя 63, второй канал которого соединен со вторым каналом первого переключателя 61, третий канал соединен с первым каналом третьего переключателя 64, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой 65, третье плечо первого циркулятора 62 соединено со вторым каналом третьего переключателя 64, при этом четвертый переключатель 66 последовательно соединен со вторым циркулятором 67, второе плечо которого соединено с первым каналом пятого переключателя 68, второй канал которого соединен со вторым каналом четвертого переключателя 66, третий канал соединен с первым каналом шестого переключателя 69, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой 70, третье плечо второго циркулятора 67 соединено со вторым каналом шестого переключателя 69, при этом третий канал первого переключателя 61 и третий канал четвертого переключателя 66 подключены к выходным каналам первого двухканального делителя мощности 71 с коммутируемыми каналами и перестраиваемым коэффициентом деления, входной канал 72 которого является входным каналом БУП, а пятый канал второго переключателя 63 и пятый канал пятого переключателя 68 соединены с входными каналами первого 73 и второго 74 фазовращателями соответственно, выходные каналы которых соединены с входными каналами второго 75 и третьего 76 трехдецибельных делителей мощности соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 микрополосковой антенной решетки 1, а третий канал 77 третьего переключателя 64 и третий канал 88 шестого переключателя 69 являются входными поляризационными каналами микрополосковой антенной решетки 1.
БУП (фиг. 12) состоит из последовательно соединенных первого переключателя 61 и первого циркулятора 62, второе плечо которого соединено с первым каналом второго переключателя 63, второй канал которого соединен со вторым каналом первого переключателя 61, третий канал соединен с первым каналом третьего переключателя 64, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой 65, третье плечо первого циркулятора 62 соединено со вторым каналом третьего переключателя 64, при этом четвертый переключатель 66 последовательно соединен со вторым циркулятором 67, второе плечо которого соединено с первым каналом пятого переключателя 68, второй канал которого соединен со вторым каналом четвертого переключателя 66, третий канал соединен с первым каналом шестого переключателя 69, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой 70, третье плечо второго циркулятора 67 соединено со вторым каналом шестого переключателя 69, при этом третий канал первого переключателя 61 и третий канал четвертого переключателя 66 подключены к выходным каналам первого двухканального делителя мощности 71 с коммутируемыми каналами и перестраиваемым коэффициентом деления, входной канал 80 которого является входным каналом БУП, а пятый канал второго переключателя 63 и пятый канал пятого переключателя 68 соединены с входными каналами второго 75 и третьего 76 трехдецибельными делителями мощности соответственно, каждый выходной канал второго 75 и третьего 76 трехдецибельных делителей мощности соединен c последовательно соединенными управляемым фазовращателем 73 и управляемым переменным аттенюатором 79 соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 микрополосковой антенной решетки 1, а третий канал 81 третьего переключателя 64 и третий канал 82 шестого переключателя 69 являются выходными поляризационными каналами микрополосковой антенной решетки 1.
Микрополосковая антенная решетка с поляризационной адаптацией работает следующим образом.
В режиме приема, на апертуру микрополосковой антенной решетки 1 падает поляризованная электромагнитная волна с любым видом поляризации: линейно-поляризованная волна, с любой ориентацией вектора напряженности электрического поля в секторе углов от 0o до 180o, волна с круговой правосторонним или левосторонним вращением вектора поляризации, эллиптически поляризованная волна с любым коэффициентом эллиптичности, с любым углом ориентации эллипса поляризации и любым углом эллиптичности, и с любыми видами поляризационной модуляции. На микрополосковых излучателях 4 и 11 вектор напряженности электрического поля принятого сигнала раскладывается как суперпозиция двухкоординатно-ориентированных, в принятой прямоугольной системе координат, на две координатные составляющие сигнала. Одна составляющая сигнала - это проекция, параллельная лучам 5 и 7, а другая составляющая сигнала - это проекция, параллельная лучам 6 и 8 прямоугольной координатной сетки антенной решетки. Проекция составляющей электрического поля системы излучателей, ограниченных парой взаимно перпендикулярных, лучей 5-6, 6-7, 7-8, 8-5, на соответствующий луч 5, 6, 7 и 8 прямоугольной координатной сетки и паральлельный ему, возбуждает систему линеек излучателей 11, продольные оси которых ориентированы вдоль этого же луча. В каждой возбужденной линейке излучателей 11 результирующий сигнал выделяется на соответствующем ей активном среднем излучателе 4 луча 5, 6, 7, 8 прямоугольной координатной сетки соответственно. Через возбуждающие элементы 13, сигнал со средних излучателей 4, поступает в соответствующие им отрезки микрополосковых линий 21, 22, 23 и 24 разводки питания 20. Поскольку расстояние между возбуждающими элементами 13 равно или кратно длине волны, то в отрезках микрополооковых линий 21, 22, 23 и 24 разводки питания 20 происходит синфазное суммирование сигналов с подключенных к ним средних излучателей 4. Результирующие амплитудные и фазовые составляющие адекватны поляризации принятого сигнала с отрезков микрополосковых линий 21, 22, 23 и 24 поступает в выходные линии передачи 25, 26, 27 и 28 соответственно. Таким образом, результирующий сигнал, в зависимости от вида поляризации принимаемого сигнала, на каждой выходной линии передачи 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20, будет иметь свою амплитуду и фазу. Амплитудно-фазовое распределение по четырем выходным линиям передачи полностью определяет характеристики принятого микрополосковой антенной решеткой сигнала.
В режиме излучения, на каждую из четырех входных линий передачи 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 микрополосковой антенной решеткой 1 подается амплитуда и фаза СВЧ-сигнала, соответствующая заданному виду поляризации результирующего излучаемого электромагнитного поля. Так, например: при равноамплитудном и синфазном возбуждении систем средних излучателей 4 первого 5 и третьего 7 лучей прямоугольной системы координат антенной решетки, а систем средних излучателей 4 второго 6 и четвертого 8 лучей подключение к согласованным нагрузкам - микрополосковой антенной решеткой 1 излучается сигнал линейной поляризации с вертикальной ориентацией вектора напряженности электрического поля; при равноамплитудном и синфазном возбуждении систем средних излучателей 4 второго 6 и четвертого 8 лучей, а подключение систем средних излучателей 4 первого 5 и третьего 7 лучей к согласованным нагрузкам - излучает сигнал линейной поляризации с горизонтальной ориентацией вектора напряженности электрического поля; при равноамплитудном возбуждении и фазовом распределении 180o, 0o, 180o, 0o систем средних излучателей 4 соответственно первого 5, второго 6, третьего 7 и четвертого 8 лучей - излучается линейно поляризованный сигнал с ориентацией вектора напряженности электрического поля под углом 45o относительно первого 5 и четвертого 8 лучей прямоугольной координатной сетки; при равноамплитудном возбуждении и фазовом распределении 0o, 90o, 0o, 90o, или 0o, 270o, 0o, 270o систем средних излучателей 4 соответственно первого 5, второго 6, третьего 7 и четвертого 8 лучей - излучается сигнал круговой поляризации с правосторонним или левосторонним направлением вращения вектора поляризации. Устанавливая амплитудно-фазовое распределение на системах средних излучателей 4 первого 5, второго 6, третьего 7 и четвертого 8 лучей по другим законам можно: формировать излучаемый сигнал эллиптической поляризации, менять угол эллиптичности, менять угол ориентации эллипса поляризации и соотношение амплитуд большой и малой осей эллипса поляризации (коэффициент эллиптичности). Таким образом микрополосковая антенная решетка 1 может излучать сигналы с любыми видами поляризационной модуляции.
В микрополосковой антенной решетке 1 (фиг. 2) зазоры 3 выполнены одинаковой ширины, что обеспечивает в режиме приема и в режиме излучения, за счет сокращения типоразмеров, более точно воспроизведить топологию апертуры антенной решетки в процессе изготовления и тем самым более точно воспроизводить заданные поляризационные характеристики и не вносить искажений в поляризационно модулированные сигналы, а также обеспечить полную симметрию диаграммы направленности антенной решетки в ортогональных плоскостях и уменьшить уровень боковых лепестков.
При подключении БУП (фиг. 5) микрополосковая антенная решетка 1 работает следующим образом. В режиме приема трехдецибельные делители мощности 37 и 38 осуществляют синфазное суммирование сигналов с каналов 25 и 27 вертикально и с каналов 26 и 28 горизонтально поляризованных составляющих соответственно, а фазовращателями 35 и 36 выравнивают электрические длины выходных каналов 39 и 40 соответственно, обеспечивая тем самым раздельный прием одновременно двух ортогональных линейно поляризованных составляющих сигнала (бимодальный прием) и направлять каждую из выделенных поляризационных составляющих сигнала в соответствующий выходной поляризационный канал 39 (вертикальной составляющей) и 40 (горизонтальной составляющей). В режиме излучения, за счет двухканального поляризационного входа обеспечивается возможность использования некоторых видов поляризационной модуляции сигнала, в частности модуляции по поляризационным ортогональным составляющим.
При подключении БУП (фиг. 6) микрополосковая антенная решетка 1 работает следующим образом. Трехдецибельный делитель мощности 41 с коммутируемыми выходными каналами, которые подключены к каналам 39 и 40 БУП (фиг. 5), имеет три рабочих режима, каждый из которых соответствует определенному поляризационному режиму работы антенной решетки 1. Первый режим работы - входной сигнал делителем мощности 41 делится пополам и поступает в каналы 39 и 40, в которых фазовращателями 35 и 36, соответственно, сигналы получают фазовые сдвиги: для круговой поляризации с правосторонним или левосторонним направлением вращения вектора поляризации 0o, 90o или 0o, 270o соответственно; для диагональной линейной поляривации 180o, 0o. Сформированные, таким образом, в каждом канале сигналы, делятся пополам трехдецибельных делителях мощности 37 и 38, соответственно, и поступают на входные линии передачи 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 антенной решетки 1. Второй и третий режимы работы соответствуют линейной горизонтальной и вертикальной поляризации сигнала соответственно, путем коммутирования выходных каналов 39 и 40 делителя мощности 41. Режим горизонтальной поляризации - сигнал с делителя мощности 41 поступает в канал 40, при этом канал 39 нагружается на согласованную нагрузку, в режиме вертикальной поляризации - канал 40 коммутируется на согласованную нагрузку, канал 39 на входной сигнал.
При подключении БУП (фиг. 7) микрополосковая антенная решетка 1 в режиме приема и в режиме излучения работает также, как и при подключении БУП (фиг. 5). Отличие состоит в включении фазовращателей 45 и регулируемых аттенюаторов 46 к каждому выходному каналу трехдецибельных делителей мощности 43 и 44, что позволяет более точно выставить амплитудно-фазовые характеристики антенной решетки 1 по каждому выходному каналу и улучшить ее электрические характеристики.
При подключении БУП (фиг. 8) микрополосковая антенная решетка 1 работает также как и при подключении БУП (фиг. 6), но с возможностью регулировки регулируемыми аттенюаторами 46 и фазовращателями 45 амплитудно-фазовых характеристик сигнала по каждому выходному каналу.
При подключении БУП (фиг. 9) микрополосковая антенная решетка 1 работает следующим образом. Фазовращатель 52 устанавливает такое соотношение фаз между сигналами, полученными с трехдецибельного делителя мощности 51, после суммирования которых в трехдецибельном направленном ответвителе 53, на его выходах получаются сигналы с заданным амплитудным соотношением, которые поступают на вход переключателей 54 и 55. В режиме коммутации переключателей 54 и 55 на проход, сигналы с выходных каналов направленного ответвителя 53 поступают на фазовращатели 57, где получают соответствующие фазовые сдвиги, а на трехдецибельных делителях мощности 58 делятся пополам и поступают на входные каналы 25, 26, 27 и 28 соответственно, разводки питания 20 антенной решетки 1. В этом режиме - при равноамплитудном распределении и соответствующих фазовых соотношениях, может формироваться сигнал: с круговой поляризацией правостороннего и левостороннего направления вращения и любой линейной поляризацией в секторе углов от 0o до 180o; - при определенном амплитудно-фазовом соотношении формируется сигнал с эллиптической поляризацией. При полном перераспределении энергии в направленном ответвителе 53 в проходной канал, сигнал поступает на переключатель 54, включенный в прямом направлении, на фазовращатель 57, делитель мощности 58 и на входные каналы 25 и 27 разводки питания 20 антенной решетки 1, а каналы 26 и 28 переключателем 55 подключены к согласованной нагрузке 56. В этом режиме поляризация будут линейная вертикальная. При перераспределении энергии в связанный канал направленного ответвителя 53, включении в прямом направлении переключателя 55, а переключателя 54 на согласованную нагрузку 56 - поляризация будет линейная горизонтальная.
При подключении БУП (фиг. 10) микрополосковая антенная решетка 1 работает также, как и при подключении БУП (фиг. 9). Установка фазовращателелей 57 и управляемых аттенюаторов 60 в каждый выходной канал БУП обеспечивает полное выравнивание амплитудных и точную установку фазовых характеристик входных каналов 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 антенной решетки 1. Такой БУП (фиг. 10) может формировать излучаемый сигнал эллиптической поляризации с изменением угла эллиптичности, угла ориентации эллипса поляризации и коэффициента эллиптичности. Таким образом, микрополосковая антенная решетка 1 с подключенным БУП (фиг. 10) может излучать или принимать сигналы с любыми видами поляризационной модуляции.
При подключении БУП (фиг. 11) микрополосковая антенная решетка 1 работает с любой поляризацией сигнала, любым видом поляризационной модуляции сигнала, в режиме приема и в режиме излучения может осуществлять адаптацию поляризации сигнала, а в режиме приема выделять две ортогональные линейно поляризованные составляющие сигнала (бимодальный прием) в соответствующий выходной поляризационный канал.
В режиме излучения сигнал поступает на входной канал 72 и затем на вход двухканального делителя мощности 71 с коммутируемыми каналами и перестраиваемым коэффициентом деления, который устанавливает поляризационные режимы работы антенной решетки 1. В режиме половинного деления делителем мощности 71 сигнал поступает через переключатели 61 и 63, фазовращатель 73 и делитель мощности 75 на выходные каналы 25 и 27 разводки питания 20, а через переключатели 66 и 68, фазовращатель 74 и делитель мощности 76 на выходные каналы 26 и 28 разводки питания 20 антенной решетки 1. В зависимости от фазового распределения на выходных каналах БУП можно формировать сигнал с любой круговой поляризацией и любой линейной поляризацией в секторе углов от 0o до 180o. В режиме не равного деления делителем мощности 71 можно формировать сигнал эллиптически поляризованным. В режиме вертикальной поляризации весь сигнал с делителя мощности 71 поступает через переключатели 61 и 63, фазовращатель 73 и делитель мощности 75 на входные каналы 25 и 27 разводки питания 20, а входные каналы 26 и 28 через переключатель 68 подключены к согласованной нагрузке 70. В режиме горизонтальной поляризации переключение входных каналов 25 и 27 на согласованную нагрузку, а каналов 26 и 28 на делитель мощности 71.
В режиме приема сигнал любого вида поляризации на антенной решетке 1 раскладывается на две ортогональные линейно поляризованные составляющие (бимодальный прием) - вертикальную и горизонтальную. Выделенные поляризационные составляющие сигнала через входные каналы 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 поступает в БУП. Вертикальные составляющие суммируются в делителе мощности 75 и через переключатели 63 и 64 поступает в выходной поляризационный канал 72, а горизонтальные составляющие суммируются в делителе мощности 76 и через переключатели 68 и 69 поступают в выходной поляризационный канал 78. При работе в режиме приема-передачи в БУП по каждому поляризационному каналу подключаются переключателями 61, 63 и 64 циркулятор 62 канала вертикальной поляризации переключателями 66, 68 и 69 циркулятор 67 канала горизонтальной поляризации.
При подключении БУП (фиг. 12), микрополосковая антенная решетка 1 работает также, как и при подключении БУП (фиг. 11). Установка фазовращателелей 73 и управляемых аттенюаторов 79 в каждый выходной канал БУП обеспечивает полное выравнивание амплитудных и точную установку фазовых характеристик входных каналов 25, 26, 27 и 28 разводки питания 20 антенной решетки 1. Такой БУП (фиг. 12) может формировать излучаемый сигнал эллиптической поляризации с изменением угла эллиптичности, угла ориентации эллипса поляризации и коэффициента эллиптичности. Таким образом, микрополосковая антенная решетка 1 с подключенным БУП (фиг. 12) может осуществлять полную поляризационную адаптацию в режиме излучения и приема и может излучать или принимать сигналы с любыми видами поляризационной модуляции.
Формула изобретения: 1. Микрополосковая антенная решетка, содержащая излучатели, выполненные в форме прямоугольников, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки, и разделенные между собой по каждой ветви прямоугольной координатной сетки зазорами, а стороны излучателей расположены параллельно соответствующим ветвям этой прямоугольной координатной сетки, при этом средние излучатели четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки соответственно выполнены в форме прямоугольников, одна сторона которых, параллельная соответствующему лучу прямоугольной координатной сетки, равна длине волны, а другая смежная с ней сторона среднего излучателя равна половине длины волны, остальные излучатели микрополосковой антенной решетки выполнены в форме квадратов, сторона которых равна длине волны, при этом к каждому среднему излучателю четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки в точке, расположенной на середине стороны, длиной равной длине волны, подключены возбуждающие элементы, выполненные в виде металлических штырей, одни концы которых гальванически соединены с соответствующими средними излучателями, а вторые концы гальванически соединены с разводкой питания, выполненной в виде четырех взаимно перпендикулярных попарно отрезков микрополосковых линий, оси которых расположены параллельно четырем взаимно перпендикулярным попарно лучам средних излучателей прямоугольной координатной сетки соответственно, диэлектрическая подложка разводки питания установлена параллельно диэлектрической подложке микрополосковой антенной решетки, при этом вторые концы возбуждающих элементов средних излучателей четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки включены в соответствующие отрезки микрополосковых линий разводки питания по осевым линиям, отрезок входной линии передачи подключен к продолжению первого отрезка микрополосковой линии разводки питания, отличающаяся тем, что микрополосковая антенная решетка содержит четное количество излучателей, при этом четыре средних излучателя соответственно четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки, расположены в форме квадрата, каждая сторона которого образована двумя внешними по отношению к началу координат микрополосковой антенной решетки сторонами двух средних излучателей, одной стороной, равной длине волны, одного среднего излучателя и одной стороной, равной половине длины волны, другого среднего излучателя, при этом возбуждающие элементы подключены к внутренним сторонам, равным длине волны, первого и второго средних излучателей, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки, и к внешним по отношению к началу координат микрополосковой антенной решетки сторонам, равным длине волны, третьего и четвертого средних излучателей, причем длина первого, второго, третьего и четвертого взаимно перпендикулярных попарно отрезков микрополосковых линий разводки питания с одной стороны ограничена точкой подключения второго конца возбуждающего элемента первого, второго, третьего и четвертого средних излучателей четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки, а к продолжению второго, третьего и четвертого отрезков микрополосковых линий разводки питания подключены введенные второй, третий и четвертый отрезки входных линий передачи.
2. Микрополосковая антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что к четырем линейкам крайних излучателей, выполненных в форме квадрата со стороной, равной длине волны, подключены четыре системы излучателей, выполненных в форме квадрата со стороной, равной длине волны, идентичных излучателям микрополосковой антенной решетки, центры этих излучателей расположены в узлах прямоугольной координатной сетки микрополосковой антенной решетки, при этом четыре системы излучателей установлены со стороны внешних сторон четырех линеек крайних излучателей соответственно, причем первая система излучателей установлена к первой линейке крайних излучателей, ограниченной первым и вторым взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, и ее продольная ось параллельна первому лучу прямоугольной координатной сетки, вторая система излучателей установлена ко второй линейке крайних излучателей, ограниченной вторым и третьим взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, и ее продольная ось параллельна второму лучу прямоугольной координатной сетки, третья система излучателей установлена к третьей линейке крайних излучателей, ограниченной третьим и четвертым взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, и ее продольная ось параллельна третьему лучу прямоугольной координатной сетки, четвертая система излучателей установлена к четвертой линейке крайних излучателей, ограниченной четвертым и первым взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, и ее продольная ось параллельна четвертому лучу прямоугольной координатной сетки, при этом количество излучателей в форме квадрата, заключенных в соответствующих взаимно перпендикулярных лучах прямоугольной координатной сетки, одинаково и количество излучателей в строке равно количеству излучателей в столбце, а зазоры, разделяющие между собой излучатели по каждой ветви прямоугольной координатной сетки, выполнены одинаковой ширины.
3. Микрополосковая антенная решетка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что введен блок управления поляризацией (БУП), выходные каналы которого подключены к входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а входной канал БУП является входом микрополосковой антенной решетки.
4. Микрополосковая антенная решетка по п.3, отличающаяся тем, что БУП состоит из первого и второго фазовращателей, выходные каналы которых соединены с входными каналами первого и второго трехдецибельных делителей мощности соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а входные каналы первого и второго фазовращателей являются входными ортогонально поляризационными каналами БУП.
5. Микрополосковая антенная решетка по п. 4, отличающаяся тем, что входные каналы первого и второго фазовращателей подключены к выходным каналам введенного трехдецибельного делителя мощности с коммутируемыми каналами, входной канал которого является входным каналом БУП.
6. Микрополосковая антенная решетка по п.3, отличающаяся тем, что БУП состоит из первого и второго трехдецибельных делителей мощности, выходные каналы каждого из которых соединены с последовательно соединенными фазовращателем и управляемым переменным аттенюатором соответственно, выходные каналы управляемых переменных аттенюаторов являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а входной канал первого и второго трехдецибельных делителей мощности является входным каналом БУП.
7. Микрополосковая антенная решетка по п.6, отличающаяся тем, что входные каналы первого и второго трехдецибельных делителей мощности подключены к выходным каналам введенного трехдецибельного делителя мощности с коммутируемыми каналами, входной канал которого является входным каналом БУП.
8. Микрополосковая антенная решетка по п.3, отличающаяся тем, что БУП состоит из первого трехдецибельного делителя мощности, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя соответственно, проходной и связанный каналы которого соединены с входными каналами первого и второго переключателей соответственно, первые выходные каналы которых соединены с согласованными нагрузками, а вторые выходные каналы соединены с входными каналами второго и третьего фазовращателей соответственно, выходные каналы которых соединены с входными каналами второго и третьего трехдецибельных делителей мощности соответственно, выходные каналы второго и третьего трехдецибельных делителей мощности являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а входной канал первого трехдецибельного делителя мощности является входным каналом БУП.
9. Микрополосковая антенная решетка по п.3, отличающаяся тем, что БУП состоит из первого трехдецибельного делителя мощности, один выходной канал которого соединен с входным каналом первого фазовращателя, а другой его выходной канал и выходной канал первого фазовращателя соединены с входным и развязанным каналами трехдецибельного направленного ответвителя соответственно, проходной и связанный каналы которого соединены с входными каналами первого и второго переключателей соответственно, первые выходные каналы которых соединены с согласованными нагрузками, а вторые выходные каналы соединены с входными каналами второго и третьего трехдецибельных делителей мощности соответственно, при этом каждый выходной канал второго и третьего трехдецибельных делителей мощности соединен с последовательно соединенными управляемым фазовращателем и управляемым переменным аттенюатором соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а входной канал первого трехдецибельного делителя мощности является входным каналом БУП.
10. Микрополосковая антенная решетка по п.3, отличающаяся тем, что БУП состоит из последовательно соединенных первого переключателя и первого циркулятора, второе плечо которого соединено с первым каналом второго переключателя, второй канал которого соединен со вторым каналом первого переключателя, третий канал соединен с первым каналом третьего переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо первого циркулятора соединено со вторым каналом третьего переключателя, при этом четвертый переключатель последовательно соединен со вторым циркулятором, второе плечо которого соединено с первым каналом пятого переключателя, второй канал которого соединен со вторым каналом четвертого переключателя, третий канал соединен с первым каналом шестого переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо второго циркулятора соединено со вторым каналом шестого переключателя, при этом третий канал первого переключателя и третий канал четвертого переключателя подключены к выходным каналам первого двухканального делителя мощности с коммутируемыми каналами и перестраиваемым коэффициентом деления, входной канал которого является входным каналом БУП, а пятый канал второго переключателя и пятый канал пятого переключателя соединены с входными каналами первого и второго фазовращателей соответственно, выходные каналы которых соединены с входными каналами второго и третьего трехдецибельных делителей мощности соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а третий канал третьего переключателя и третий канал шестого переключателя являются входными поляризационными каналами микрополосковой антенной решетки.
11. Микрополосковая антенная решетка по п.3, отличающаяся тем, что БУП состоит из последовательно соединенных первого переключателя и первого циркулятора, второе плечо которого соединено с первым каналом второго переключателя, второй канал которого соединен со вторым каналом первого переключателя, третий канал соединен с первым каналом третьего переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третье плечо первого циркулятора соединено со вторым каналом третьего переключателя, при этом четвертый переключатель последовательно соединен со вторым циркулятором, второе плечо которого соединено с первым каналом пятого переключателя, второй канал которого соединен со вторым каналом четвертого переключателя, третий канал соединен с первым каналом шестого переключателя, а четвертый канал соединен с согласованной нагрузкой, третьего плечо второго циркулятора соединено со вторым каналом шестого переключателя, при этом третий канал первого переключателя и третий канал четвертого переключателя подключены к выходным каналам первого двухканального делителя мощности с коммутируемыми каналами и перестраиваемым коэффициентом деления, входной канал которого является входным каналом БУП, а пятый канал второго переключателя и пятый канал пятого переключателя соединены с входными каналами второго и третьего трехдецибельных делителей мощности соответственно, каждый выходной канал второго и третьего трехдецибельных делителей мощности соединен с последовательно соединенными управляемым фазовращателем и управляемым переменным аттенюатором соответственно, выходные каналы которых являются выходными каналами БУП, которые подключены к соответствующим входным линиям передачи микрополосковой антенной решетки, а третий канал третьего переключателя и третий канал шестого переключателя являются входными поляризационными каналами микрополосковой антенной решетки.