close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6748

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6748
(13) C1
(19)
7
(51) H 01Q 3/00, 19/06
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ
И ПЛОСКАЯ РАДИОГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ АНТЕННА,
ПОЛУЧЕННАЯ УКАЗАННЫМ СПОСОБОМ
(21) Номер заявки: a 20010282
(22) 2001.03.27
(46) 2004.12.30
(71) Заявитель: Мизгайлов Владимир Николаевич (BY)
(72) Автор: Мизгайлов Владимир Николаевич (BY)
(73) Патентообладатель: Мизгайлов Владимир Николаевич (BY)
BY 6748 C1
(57)
1. Способ построения радиоголографической антенны, включающий изготовление радиоголограммы, которую используют для формирования требуемой диаграммы направленности антенны, по результатам записи в ближней зоне антенны радиоголографического рельефа с помощью опорной радиоволны и предметной радиоволны, сформированной
в соответствии с требуемой диаграммой направленности антенны, отличающийся тем,
что предметную радиоволну формируют путем суперпозиции пучков квазиплоских радиоволн с амплитудно-фазовым распределением поля, комплексно-сопряженным требуемой диаграмме направленности антенны, излучение пучков квазиплоских радиоволн осуществляют с поверхности сферы, величина радиуса которой соответствует дальней зоне
проектируемой антенны, запись радиоголографического рельефа осуществляют электрическим путем, а радиоголограмму изготавливают в виде бинарной радиоголограммы.
Фиг. 1
BY 6748 C1
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что запись радиоголографического рельефа
осуществляют на поверхности или вблизи объекта, предназначенного для размещения радиоголографической антенны, в области дифракции предметной радиоволны, части предметной радиоволны, отраженной от объекта, и опорной радиоволны при совмещенных фазовых центрах предметной и опорной радиоволн.
3. Плоская радиоголографическая антенна, полученная способом по п. 1, содержащая
бинарную радиоголограмму, включающую металлические проводники, имеющие форму
концентрически расположенных дуг окружностей на одной стороне плоской диэлектрической подложки, облучатель, установленный фазовым центром в центре концентрических
дуг проводников, плоский металлический экран, расположенный на свободной от проводников стороне диэлектрической подложки с возможностью контакта с волноводом облучателя, причем проводники выполнены в виде металлических полосок, средние радиусы
концентрических дуг окружностей которых увеличиваются от центра концентрических
дуг окружностей с шагом, равным л, где л - рабочая длина волны волновода, а толщина
диэлектрической подложки не превышает
λ/ 4 ε ,
( )
где ε - диэлектрическая проницаемость материала диэлектрической подложки,
при этом на двух торцах радиоголограммы, непосредственно примыкающих к волноводу, размещены с возможностью контакта с металлическим экраном и концами металлических полосок дополнительные металлические полоски или металлические слои.
4. Антенна по п. 3, отличающаяся тем, что в каждой металлической полоске в виде
дуги окружности между концами полоски с отступом от них выполнена щель, имеющая
форму дуги окружности, причем средний радиус дуги щели равен среднему радиусу дуги
полоски.
5. Антенна по п. 4, отличающаяся тем, что ширина щели H соответствует выражению
0,05 λ ≤ H ≤ 0,07 л.
6. Антенна по п. 4, отличающаяся тем, что щель выполнена в виде дискретной совокупности резонансных элементов в виде щелей, каждый из которых имеет конфигурацию
и размеры, обеспечивающего работу этого элемента в полосе частот.
(56)
K. Iizuka et.al. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. November 1975. Vol. AP23, № 6. - Р. 807-810.
SU 358746, 1970.
US 4716417 A, 1987.
GB 2234118 A, 1991.
JP 52013751 A, 1977.
RU 2089027 C1, 1997.
Изобретение относится к радиотехнике, а конкретно, к способам построения радиоголографических антенн, в том числе вторичных антенных устройств, используемых для
изменения направления распространения и/или поляризации радиоволн и может быть использовано при создании и изготовлении антенных устройств различного назначения,
преимущественно в диапазоне сверхвысоких частот, например, радиоголографических антенн сверхвысоких частот, используемых в приемных системах спутникового телевидения, радиовещания или связи.
Известен способ записи радиоголограммы электрическим путем [1]. В известном способе применен аппаратный метод записи радиоголограммы. Записанная в виде совокупности видеосигналов радиоголограмма, затем преобразуется в оптическую голограмму, ко2
BY 6748 C1
торая не может быть использована в качестве радиоголографической антенны. В силу этого известный способ не может обеспечить построение радиоголографических антенн.
Известен способ записи радиоголограммы с применением опорной и предметной радиоволн и регистрацией радиоголографического рельефа, полученного при интерференции опорной и предметной радиоволн [2]. В известном способе запись радиоголографического рельефа осуществляют на специальную среду, например, на жидкие кристаллы. Однако, облучение записанной таким способом радиоголограммы в виде устройства на
жидких кристаллах, либо на иной среде, не обеспечивает воспроизведения изображения в
радиодиапазоне. При этом не ставится задача формирования амплитудно-фазовых распределений полей и воспроизведение на основе радиоголографической записи амплитуднофазовых распределения полей, обеспечивающих формирование требуемой диаграммы направленности антенны.
Наиболее близким к заявляемому, является способ построения радиоголографической
антенны, заключающийся в формировании предметной радиоволны в соответствии с требуемой диаграммой направленности антенны, записи радиоголограмм с помощью предметной и опорной радиоволн в ближней зоне проектируемой антенны и изготовлении радиоголограммы, предназначенной для формирования требуемой диаграммы направленности по результатам записи [3].
В известном способе формирование предметной волны в соответствии с требуемой
диаграммой направленности создается путем имитации требуемой диаграммы направленности. Имитация осуществляется искусственным путем с применением масок и экранов, и
коррекции их амплитудными и фазовыми транспарантами путем последовательного подбора. Смешивание, полученного такими приемами, поля заданной диаграммы направленности с опорным пучком от когерентного источника позволяет записать голограмму. Записанную на материальном носителе голограмму используют в качестве формирователя
диаграммы направленности антенны. При этом, для использования полученной в оптическом диапазоне голограммы в качестве формирователя диаграммы направленности достаточно осветить голограмму опорной волной.
В диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) изготовление амплитудных и фазовых транспарантов для имитации требуемых полей представляют самостоятельную трудную задачу.
С другой стороны возможности имитации ограничены диаграммой направленности излучателя предметной волны. В силу этого, известный способ позволяет имитировать, а затем
получить, ограниченное число типов (классов) радиоголографических антенн, преимущественно антенн с "игольчатой" формой диаграммы направленности (далее-ДН). Запись радиоголограммы в известном способе осуществляется в ближней зоне когерентного опорного излучателя, т.е. в свободном пространстве ближней зоны этого излучателя. В случае
размещения радиоголографической антенны, созданной по известному способу, на объекте, обладающем высокими отражательными свойствами и сложной геометрической формы, например, на транспортном средстве, на металлической поверхности технического
сооружения и т.п., будут наблюдаться искажения Д.Н. антенны. При этом в ряде случаев
радиоголографическая антенна не обеспечит воспроизведение требуемой ДН. Указанные
причины также ограничивают возможность получения по известному способу радиоголографических антенных систем типа "объект-радиоголограмма", вторичных радиоголографических устройств, обладающих способностью заданного изменения направления радиоизлучения. По этой причине, известный способ не позволяет обеспечить создание
класса радиоголографических антенн, учитывающих влияние объекта, на котором они
размещены либо находятся с ним в сильной электромагнитной связи, антенных систем
типа "объект-радиоголограмма", в частности, создание невыступающих антенн, например,
плоских радиоголографических антенн СВЧ, вторичных радиоголографических устройств, обладающих способностью заданного направления радиоизлучения. В известном
способе запись радиоголограммы в диапазоне СВЧ осуществляется на термопластичный
3
BY 6748 C1
материал. Полученная при этом радиоголограмма обладает весьма низкой способностью к
воспроизведению как из-за недостаточной чувствительности материала при записи, так и
из-за слабого взаимодействия с опорной радиоволной. Для получения радиоголографической антенны с требуемой диаграммой направленности необходимо применение искусственных приемов отображения записанного радиоголографического рельефа, полученного
путем интерференции предметной и опорной радиоволн, т.е. изготовления радиоголографического формирователя диаграммы направленности антенны-изготовления радиоголограммы. Однако недостаточная точность регистрации радиоголографического рельефа,
обусловленная недостаточной чувствительностью термопластического материала, ограничивает точность воспроизведения заданной диаграммы направленности, что в свою
очередь затрудняет изготовление радиоголографического формирователя (радиоголограммы) наиболее простыми приемами отображения. Применение записи радиголограммы на термопластик ограничивает возможность реализации известного способа в более
низкочастотных диапазонах радиоволн, т.е. ограничивает создание в этих диапазонах радиоголографических антенн.
Проблема создания малогабаритных, в частности, плоских антенн актуальна в радиоастрономии, в технике спутниковой связи, в других областях радиотехники.
Известна плоская антенна СВЧ, содержащая волновод, плоскую диэлектрическую
подложку, расположенную на металлическом экране, и на ее противоположной стороне
диэлектрической пластины металлические полоски, образующие несимметричные полосковые линии и оканчивающиеся резонансными излучателями также полоскового типа [4].
Известная антенна используется для спутникового телевидения и имеет систему возбуждения в виде несимметричных полосковых линий, подводимых к каждому элементарному
излучателю. Диаграмма направленности такой антенны имеет достаточно высокий уровень боковых лепестков, возможен прием только одной поляризации электромагнитного
сигнала, которая зависит от формы элементарного излучателя. Кроме того, так как подводящих трактов к элементарным излучателям много (сколько элементарных излучателей),
то электрические характеристики известной антенны резко зависят от потерь в диэлектрике и металле полосковых линий. Так как потери от элементарного излучателя до точки
ввода СВЧ сигнала в тракт, как правило, не менее 1-1,5 дБ, то и коэффициент полезного
действия такой антенны составляет 35-50 процентов [4]. Технически возможно для плоских антенн с полосковым трактом возбуждения изготовить на поверхности диэлектрика
различные конфигурации элементарных излучателей, что позволяет осуществлять прием
всех видов поляризации сигналов, но потребуется микропроцессорное управление процессом переключения поляризации, что резко поднимет стоимость производства и эксплуатации антенн данного типа [4]. В силу перечисленных недостатков известная антенна
имеет высокую стоимость, что и ограничивает ее применение.
Известна радиоголографическая антенна, содержащая облучатель волнодного типа и
плоскую радиоголограмму, включающую диэлектрическую подложку с расположенными
на ее поверхности металлическими проводниками, выполненную в форме концентрических дуг окружностей, установленных друг относительно друга с постоянным шагом [5].
В известной радиоголографической антенне плоская радиоголограмма состоит из двух
плоских диэлектрических подложек со структурами концентрических металлических проводников, причем расстояния между плоскостями расположения структур проводников не
менее четверти длины волны, а облучатель расположен под углом к плоскости радиоголограммы. Указанные причины ограничивают возможность уменьшения габаритов известной антенны.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является плоская радиоглографическая антенна, содержащая радиоголограмму, включающую металлические проводники, имеющие форму концентрически расположенных дуг окружностей и размещенные с шагом кратным длине волны, на одной стороне плоской диэлектрической подложки,
4
BY 6748 C1
а также облучателем волноводного типа, установленного фазовым центром в центре концентрических дуг проводников [6]. Известная плоская радиоголографическая антенна состоит из пакета плоских диэлектрических подложек, отстоящих одна от другой на расстоянии не менее одной четверти длины волны облучателя. На каждой подложке размещена структура из тонких металлических проводников в форме дуг окружности,
концентрически расположенных друг относительно друга, причем радиусы концентрических дуг увеличиваются на глубину пакета на четверть длины волны.
При этом толщина радиоголограммы соизмерима с длиной волны. Радиоголограмма
возбуждается с ребра плоскости ее расположения и в силу этого она формирует поля излучения и диаграммы направленности по обе стороны плоскости радиоголограммы, перпендикулярно плоскости. Увеличение числа диэлектрических подложек со структурами
концентрических проводников увеличивает однонаправленность поля излучения. Однако,
обратное излучение в заднюю полуплоскость остается значительным, что ухудшает энергетические характеристики известной антенны. При этом, при расположении известной
антенны на металлическом объекте, возможны искажения диаграммы направленности, так
как известная антенная система никак не учитывала дифракцию ее поля на объекте.
Наличие нескольких плоских диэлектрических подложек с разными радиусами металлических проводников (проволочками) усложняет как конструкцию антенны, так и технологию ее изготовления.
Известная антенна имеет линейную поляризацию излучения. Однако весьма важно в
ряде случаев, например, в технике спутниковой связи и телевидения, иметь плоскую антенну уменьшенного объема с круговой поляризацией излучения-приема.
Согласно изобретению решается задача создания универсального способа построения
радиголографической антенны с требуемой диаграммой направленности.
Основной технический результат изобретения заключается в расширении классов создаваемых антенн, в том числе, в создании плоских радиоголографических антенн уменьшенного объема при сохранении высокой точности воспроизведения требуемой диаграммы направленности. Дополнительный технический результат изобретения заключается в
возможности создания плоской радиоголографической антенны уменьшенного объема с
круговой поляризацией излучения. Второй дополнительный технический результат заключается в обеспечении возможности расширения полосы рабочих частот плоских радиоголографических антенн, полученных согласно заявляемому способу.
Решение поставленной задачи и достижения основного технического результата обеспечивается тем, что в способе построения радиоголографических антенн, заключающемся
в формировании предметной радиоволны в соответствии с требуемой диаграммой направленности антенны, записи радиоголограммы с помощью предметной и опорной радиоволн
в ближней зоне проектируемой антенны, изготовлении радиоголограммы по результатам
записи, предметную волну формируют путем суперпозиции пучков квазиплоских радиоволн с амплитудно-фазовым распределением поля комплексно-сопряженным требуемой
диаграмме направленности антенны, излучение пучков квазиплоских волн осуществляется с поверхности сферы, величина радиуса которой соответствует дальней зоне проектируемой антенны, запись радиоголограммы осуществляется электрическим путем, а радиоголограмму изготавливают в виде бинарной радиоголограммы. Кроме того, запись голограммы осуществляемой на поверхности или вблизи объекта, предназначенного для
размещения радиоголографической антенны, в области интерференции предметной радиоволны с отраженной от объекта частью предметной радиоволны и опорной при совмещенных фазовых центрах предметной и опорной радиоволн.
Достижение основного технического результата обеспечивается тем, что в плоской
радиголографической антенне, содержащей радиоголограмму, включающую металлические проводники, выполненные в форме концентрически расположенных дуг окружностей и размещенные на одной стороне плоской диэлектрической подложки с шагом крат5
BY 6748 C1
ным длине волны, облучатель, установленный своим фазовым центром в центре концентрических дуг проводников, радиоголографическая антенна дополнительно содержит плоский металлический экран, расположенный на свободной от проводников стороне диэлектрической подложки, с возможностью контакта с волноводным трактом облучателя, в качестве проводников используют металлические полоски, причем средние радиусы
концентрических дуг металлических полосок или разделяющих их щелей, выполненных в
форме концентрических дуг окружностей, увеличиваются от центра концентрических дуг
окружностей проводников с шагом, равным λ, толщина диэлектрической подложки не
превышает величины λ / 4 ε , где ε - диэлектрическая проницаемость материала подожки,
a λ - рабочая длина волны облучателя, при этом на торцах радиоголограммы, непосредственно примыкающих к волноводу, размещены с возможностью контакта с металлическим
экраном и концами металлических полосок дополнительные металлические полоски или
металлические слои, обеспечивающие получение закрытого по периметру резонатора,
кроме того, достижение основного и дополнительного технического результата обеспечивается тем, что в каждой из реализующих бинарную радиоголограмму металлических полосок, имеющей строгий радиус дуги окружности кратной целому числу рабочих длин
волн, между концами металлической полоски и с отступом от них выполнена щель,
имеющая форму дуги окружности, причем средний радиус дуги щели равен среднему радиусу дуги металлической полоски. Достижение основного и дополнительных технических результатов обеспечивается также тем, что ширина H каждой из дугообразных щелей, средний радиус дуги которой кратен целому числу рабочих длин волн и выполненной
либо в металлической полоске, либо между металлическими полосками соответствует выражению 0,05λ < Н < 0,07λ, где λ - рабочая длина волны облучателя.
Согласно изобретению предлагается универсальный способ изготовления радиоголографической антенны, позволяющий расширить класс создаваемых антенн с заданными
диаграммами направленности, повысить точность воспроизведения требуемой диаграммы
направленности.
Сущность предлагаемого способа состоит в том, что:
1. При записи радиоголограммы используется предметная волна, образованная в результате суперпозиции пучков квазиплоских волн с пространственной структурой, которая воспроизводит поле комплексно-сопряженное полю требуемой диаграммы направленности проектируемой антенны.
Физически в качестве предметной волны используется поле, аналитическое представление которого имеет вид
E (ρ) = ∫ F * (r ) exp ikr ρds ,
где F(r) - требуемая комплекснозначная векторная диаграмма направленности будущей антенны.
Излучение пучков квазиплоских волн предметной радиоволны осуществляется с поверхности сферы с радиусом, соответствующим дальней зоне проектируемой радиоголографической антенны.
В предлагаемом способе предполагается известной лишь диаграмма направленности,
которой должна обладать радиоголографическая антенна. Требуемая диаграмма направленности задается в этом случае как векторная комплекснозначная функция сферических
координат (r,θ,ϕ). При таком методе формирования предметной волны обеспечивается
универсальность выбора любой наперед заданной диаграммы направленности в соответствии с тактико-техническими требованиями к антенне той или иной радиотехнической
системы. Практическая реализация предметной волны никоим образом не связана с наличием антенны, обладающей желаемой диаграммой направленности.
Известны пути технической реализации такого предметного поля. Для этих целей в
заявляемом способе используются известные устройства (имитаторы), которые обеспечи6
BY 6748 C1
вают формирование пучков квазиплоских волн, соответствующих требуемой диаграмме
направленности [7-8].
2. Запись радиоголограммы осуществляется с помощью предметной и опорной радиоволн в любом месте ближней зоны проектируемой антенны. При этом поле опорной радиоволны необходимо формировать таким облучателем (излучателем), который впоследствии используется в качестве облучателя радиоголограммы. Геометрическое расположение излучателя опорной волны при записи радиоголограммы должно соответствовать его
заданным координатам в радиоголографической антенне. В результате интерференции
опорной и предметной радиоволн в ближней зоне антенны образуется голографический
рельеф.
3. Регистрация одного или нескольких радиоголографических рельефов в плоскости
голограммы осуществляется электрическим путем-путем зондирования. Регистрация (запись) электрическим способом обеспечивает необходимую точность измерения амплитудно-фазового распределения поля, как в свободном пространстве, так и при регистрации
амплитудно-фазового распределения на поверхности объекта или вблизи поверхности
этого объекта, на котором формируют радиоголографическую антенну. При этом электрический путь регистрации позволяет использовать не только для построения радиоголографических антенн СВЧ диапазона, но и для других диапазонов радиоволн или волновых
процессов любой физической природы. Электрические методы регистрации широко используются при записи радиоголограмм (см., например, [1, 9]).
4. Зарегистрированный радиоголографический рельеф отображается на металлизированной поверхности диэлектрического слоя в виде бинарной амплитудной голограммы
путем фотолитографии, фотопечати или в виде фазовой радиоголограммы (бинарной или
многоградационной) путем соответствующей модуляции фазы радиопрозрачного диэлектрика. Изготовленные таким путем амплитудные и фазовые радиоголограммы служат в
качестве радиоголографических антенн, обладающих требуемой диаграммой направленности.
Использование предлагаемого способа построения СВЧ голографических антенн, позволяет создать такую излучающую систему, которая обеспечивает поле излучения с требуемой диаграммой направленности благодаря этому способу технология изготовления
радиоголографических антенн существенно упрощается и становится более универсальной за счет исключения операций экспериментального подбора и изготовления транспарантов, масок, экранов, и операций, связанных с масштабированием в оптическом диапазоне, имитации требуемого амплитудно-фазового распределения в ближнем поле, отсутствии операций, связанных с масштабированием и увеличением оптических голограмм
при переносе их на СВЧ диапазон.
Предлагаемый способ позволяет существенно расширить класс создаваемых радиоголографических антенн:
1. Позволяет изготовить любую антенну радиоголографического типа, для которой не
представляется возможным проводить аналитический расчет радиоголограммы;
2. Можно изготовить антенну, обладающую требуемой диаграммой направленности и
не имеющей неголографического аналога, т.е. их практическая реализация другими способами невозможна;
3. Данный способ позволяет формировать как остронаправленные, так слабонаправленные диаграммы;
4. Применяя однотипную технологию, способ дает возможность формировать различные радиоголограммы по разным требуемым Д.H., применяя один и тот же облучатель,
получать антенны с принципиально разными требуемыми характеристиками;
5. Способ позволяет изготовить радиоголографическую антенну, вмещающую в себя
одиночный излучатель или группу разнородных излучателей, но в совокупности обеспечивающих получение заданной Д.Н.
7
BY 6748 C1
6. Способ позволяет создать новый класс радиоголографических антенн типа "объектголограмма" с заданной Д.H. В последнем случае запись радиоголограммы осуществляется в ближней зоне системы " объект-опорный облучатель (излучатель)", понимаемой как
ближняя зона проектируемой антенны, при этом формирование и регистрацию радиоголографического рельефа осуществляют во встречных пучках предметной волны и части
предметной волны отраженной от объекта, и волны опорного облучателя (излучателя),
фазовый центр которого совмещен с фазовым центром предметной волны, а регистрация
радиоголографического рельефа производится на поверхности или вблизи объекта в области дифракции предметной и отраженной волн.
Предлагаемый вариант способа построения радиоголографической антенны, которая
предназначена для размещения на объекте, заключается в следующем:
1. Предметную радиоволну формируют путем суперпозиции пучков квазиплоских
волн с амплитудно-фазовым распределением поля комплексно-сопряженным требуемой
диаграмме направленности. Излучение пучков квазиплоских волн производится с
поверхности сферы, величина радиуса которой соответствует дальней зоне относительно
создаваемой антенны в системе "объект-опорный облучатель (излучатель)". Последнее
весьма существенно для слабонаправленных антенн, размещаемых на объектах.
2. Объект, предназначенный для размещения антенны, располагают вблизи центра
сферы так, чтобы фазовый центр пучка квазиплоских волн попадал внутрь объекта и
совмещался с фазовым центром облучателя (излучателя), который предназначен для облучения радиоголограммы-формирователя требуемой Д.H.
3. Формирование радиоголографического рельефа производится путем облучения с
поверхности сферы объекта предметной волной и ее интерференции с волной отраженной
от объекта и волной опорного излучателя. Таким образом, формирование топографического рельефа осуществляется с учетом всех электродинамических особенностей объекта
и системы возбуждения опорной волны.
4. Образованный от интерференции падающей, отраженной от объекта части предметной волны и волны опорного облучателя (излучателя), радиоголографический рельеф регистрируют вблизи или на поверхности объекта путем зондирования или иным методом.
5. Зарегистрированный радиоголографический рельеф методом, например, фотолитографии отображается на листовой металлизированной поверхности объекта в виде бинарной амплитудной или фазовой радиголограммы путем модуляции толщины слоя радиопрозрачного диэлектрика.
Бинарные амплитудные и фазовые радиоголограммы, изготовленные по описанному
варианту способа, обладают свойством формировать требуемую диаграмму направленности при облучении их радиоволной, поэтому могут служить в качестве радиоголографических антенн, размещаемых на объекте-носителе антенны. Возможность воспроизведения
предметной волны с неискаженной диаграммой направленности следует из условий осуществления процесса голографирования, так как на этапе восстановления поля по радиоголограмме происходит преобразование волнового фронта облучающей радиоголограмму
волны в волну с волновым фронтом, соответствующим требуемой Д.Н.
Эффективность предлагаемого варианта способа заключается, например, в возможности создания невыступающих антенн, т.е. таких антенн, геометрическая поверхность раскрыва которых совпадает (совмещается) с геометрической формой поверхности объекта,
например, конфорных плоских радиоголографических антенн.
На фигуре 1 приведена структурная схема устройства для записи радиоголограмм в
соответствии с заявляемым способом. На фигуре 2 изображена диаграмма направленности
рупорного облучателя, используемого для формирования опорной радиоволны при построении радиоголографической антенны, обладающей слабонаправленной Д.Н. шириной
120 градусов в горизонтальной плоскости. На фигуре 3 представлены результаты результаты экспериментальных измерений (записи) и расчета радиоголограммы в ближней зоне
8
BY 6748 C1
проектируемой антенны с облучателем в виде секториального рупора размером в пять
длин волн -160 мм (частота 9375 МГц) в плоскости Н и в плоскости E высотой в 10 мм,
впаянного в металлический экран. Расчеты и измерения радиоголограммы выполнены в
плоскости XY перпендикулярной плоскости экрана и параллельной оси рупорного облучателя при заданной секториальной в плоскости H диаграмме направленности шириной в
120°. Фигуры 4, 5, 6, 7 иллюстрируют изменения интенсивности поля в областях интерференционных максимумов электрических составляющих поля, зарегистрированного на фигуре 3, в зависимости от угловой координаты ϕ, соответствующих радиусам с kρ1 = 3,14
(фиг. 4), kρ2 = 6,91 (фиг. 5), kρ3 = 8,16 (фиг. 6), kρ4 = 11 (фиг. 7), соответственно, а также
принцип выбора угловой ширины металлических пластин, соответственно, ∆ϕ1, ∆ϕ2, ∆ϕ3,
∆ϕ4, используемых для изготовления бинарной радиоголограммы. На фигуре 8 изображен
макет радиоголографической антенны типа "объект-радиоголограмма", построенный согласно заявляемому способу. В качестве объекта используется металлическая плоскость с
впаянным в него рупором, который и является одновременно опорным облучателем. Возбуждая когерентно систему рупор впаянный в экран и группу излучателей, имитирующих
требуемую диаграмму (реализуя облучающий пучок квазиплоских радиоволн из сектора в
120°), в зоне перед экраном фиксируется радиоголограмма, изготавливается бинарная радиоголограмма, что и обеспечивает реализацию предлагаемого способа. На фигуре 9 изображена реальная экспериментально измеренная диаграмма направленности упомянутого
макета радиоголографической антенны типа "рупор впаянный в металлический экранрадиоголограмма". На фигуре 10 изображена диаграмма направленности упомянутого макета построенной радиоголографической при изъятии из радиоголограммы несколько металлических пластин, которыми реализуется радиоголограмма, помещенных в максимумах интерференционного поля. Фигура 11 иллюстрирует взаимное расположение опорного и предметного облучателей при записи радиоголограмму для построения плоской
радиоголографической антенны с остронаправленной диаграммой согласно заявляемому
способу.
На фигурах 12-14 изображена плоская радиоголографическая антенна, построенная
согласно заявляемому способу: фиг. 12 - вид сверху, фиг. 13 - вид сбоку в разрезе по оси
облучателя (увеличено); фиг. 14 - вид А, сбоку. На фигуре 15 приведена диаграмма направленности антенны.
На фигурах 16-17 изображен вариант выполнения плоской радиоголографической антенны обеспечивающей излучение и прием радиоволн с круговой поляризацией: фиг 16вид сверху; фиг 17-вид сбоку, в разрезе по оси облучателя (увеличено). На фигуре 18 приведена диаграмма направленности упомянутого варианта антенны. На фигурах 19-22 изображен вариант выполнения плоской радиоголографической антенны в виде плоской радиоголографической антенны щелевого типа: фиг. 19 - вид сверху; фиг. 2 вид сбоку, в разрезе по оси облучателя (увеличено). На фигуре 21 вид Б (увеличено). На фигуре 22 вариант выполнения устройства, в котором непрерывная щель заменена совокупностью
резонансных щелей.
Согласно заявляемому способу, формирование предметной волны, соответствующей
требуемой диаграмме направленности, и запись радиголограммы осуществляют с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фигуре 1. Устройство содержит излучатели 1, размещенные на сферической поверхности 2 с радиусом, соответствующем дальней зоне проектируемой антенны, опорный облучатель (излучатель) 3, установленный в центре сферической поверхности О, формирователь сигналов 4 излучателей,
каждый выход которого соединен с помощью волновода с одним из излучателей 1, 3, измерительный зонд 5, имеющий возможность перемещения в ближней зоне проектируемой
антенны, с помощью узла перемещения 6 зонда, генератора СВЧ 7, один из выходов которого соединен с первым входом формирователя сигналов 4 излучателей, блока регистрации и управления 8, первый и второй входы -выходы которого соединены, соответствен9
BY 6748 C1
но, с входом выходом генератора СВЧ 7 и узел перемещения 6, вход соединен с выходом
измерительного зонда 5, а выход со вторым входом формирователя сигналов 4. Позицией
9 отмечен объект, на котором может быть размещена проектируемая антенна (отмечен
пунктиром).
Излучатели 1, 3, зонд 5, узел перемещения 6 размещены в безэховой камере 10. Формирователь сигналов состоит из циркуляторов, согласованных нагрузок, управляемых фазовращателей, управляемых реактивных делителей и коммутаторов. Формирователь сигналов 4 обеспечивает формирование на входе каждого из излучателей 1 СВЧ сигнала с
амплитудой и фазой, соответствующей заданному значению. Блок регистрации и управления реализован на базе электронной вычислительной машины, сопряженной с амплифазометром и снабженными средствами для отображения информации.
Формирование предметной радиоволны и запись радиоголограмм согласно заявляемому способу осуществляются следующим образом.
По программе, введенной в блок 8, формирователь сигналов 4 устанавливает заданные
значения амплитуд и фаз на входах излучателей 1, соответствующих амплитуднофазовому распределению поля, комплексносопряженному требуемой диаграмме направленности проектируемой антенны, а также заданные значения амплитуды и фазы опорного облучателя (излучателя) 3 с помощью переключений, делений и изменений фаз СВЧ
сигнала, поступившего от генератора 7. Каждый из излучателей формирует квазиплоскую
радиоволну направленную к центру О сферы 2. При этом расположение излучателей 1 на
сфере 2 позволяет сформировать из квазиплоских волн пучки, отображающие преимущественные направления излучения требуемой диаграммы направленности. При одновременном облучении излучателями 1 из дальней зоны ближней зоны излучателя 3,в дальней
зоне формируется амплитудно-фазовое распределение поля, комплексно-сопряженное
требуемой Д.Н.
Регистрацию интерференционной картины (радиголографического) рельефа, полученного при облучении ближней зоны облучателя (излучателя) 3 предметной и опорной радиоволнами, осуществляют с помощью зонда 5, перемещаемого в плоскости регистрации
с помощью узла перемещения 6 по заданной программе и управляемого блоком 8.
При необходимости создания радиоголографической антенны, размещаемой на объекте, перед записью радиоголограммы опорный облучатель (излучатель) 3 располагают на
объекте таким образом, чтобы его фазовый центр совпадал с центром сферы О, являющейся фазовым центром предметной радиоволны, а запись радиоголограммы осуществляется на поверхности или вблизи объекта 9. Записанную радиоголограмму изготавливают в
виде физического телабинарной амплитудной или фазовой радиоголограммы, при размещении которой в месте записи радиоголограммы зондом 5, обеспечивается создание радиоголографической антенны с требуемой Д.Н.
Примеры реализации способа.
Пример 1.
Построение радиоголографической антенны с требуемой слабонаправленной секторной диаграммой направленности, имеющей ширину 120 градусов. В качестве облучателя
использован секториальный рупор, впаянный в металлический экран (вид рупора с экраном и радиоголограммой приведен на фигуре 4). Диаграмма направленности рупорного
облучателя представлена на фигуре 2. Поляризация излучения вертикальная (EZполяризация).
Амплитудно-фазовое распределение поля в дальней зоне, соответствующее требуемой
диаграмме направленности, и запись радиоголограммы осуществлялись с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фигуре 1. Предметная волна формировалась в виде пучка квазиплоских волн из симметричного, относительно нормали к раскрыву рупора, сектора шириной 120 градусов в горизонтальной плоскости, при заданной
EZ-поляризации. Для формирования предметной радиоволны использовалось 33 излуча10
BY 6748 C1
теля. Запись радиоголограмм осуществлялась с помощью зонда, перемещаемого в плоскости XY, перпендикулярной плоскости металлического экрана. Рабочая длина волны опорного и предметных излучателей составляла 3,2 сантиметра (9375 МГц).
Математически требуемая Д.Н. задавалась в виде
π
ϕ ≤ 60°
⎧1 ⎫
,
F(θ = , ϕ) = ⎨ ⎬, при
π
2
⎩0 ⎭
60 ≤ ϕ ≤
2
с полем опорного источника, в первом приближении, в виде плоской волны с направления ϕ = π. Так как Д.Н. F(ϕ) задана по амплитуде, то можно считать, что ее ДН в пределах сектора задания имеет синфазную фазовую характеристику, т.е. argF(ϕ) = const. Тогда
предметное поле вблизи металлической плоскости имеет вид
⎡α
⎤
E np (ρ, ϕ) = ⎢ ∫ (exp(− jkρ cos(ϕ − α)) − exp(− jkρ cos(α + ϕ)))dα ⎥ * .
⎣α
⎦
Опорное поле с единичной амплитудой (поле из рупора)
Eon(ρ,ϕ) = exp(-jkρ cos(ϕ-π))
складывается (интерферирует) с предметным полем и дает радиоголограмму вблизи
металлической поверхности
Р(ρ,ϕ) = (Еnp + Еon)(Еnp + Еnp)*
Результаты расчетов радиоголограммы вблизи металлической плоскости представлены на фигуре 3 в виде непрерывных изолиний (левая половина). В силу симметрии относительно нормали к экрану, правая половина дифракционной картины не приведена. На
той же фигуре 3 пунктирными изолиниями представлена радиоголограмма, полученная
путем экспериментальных измерений (в полярной системе координат). Отличие, рассчитанной и полученной в результате эксперимента, структур радиоголограмм не превосходит 10 процентов. Это объясняется тем, что апертура, в которой измерялась радиоголограмма, имеет размер (6 × 6) длин волн, а также ограниченным числом излучателей.
Записанная радиоголограмма изготавливалась в виде бинарнй амплитудной голограммы. Так как Д.Н. рупорного облучателя (см. фигуру 2) имеет по мощности ширину 40-45
градусов по уровню 0,1, то бинарная радиоголограмма отображалась в плоскости XY в
симметричном, относительно нормали к плоскости экрана, исполнении. Изготовление металлических рассеивателей, реализующих бинарную амплитудную радиоголограмму,
осуществляли, на основе оценок записанной радиоголограммы, следующим образом.
Проведем полуокружности с центром в начале координат структуры радиоголограммы (см. фигуру 3) радиусами kρ1 = 3,14; kρ2 = 6,91; kρ3 = 8,16; kρ4 = 11 таким образом,
чтобы они проходили через точки относительных максимумов, соответственно, уровень
единичный, уровень 0,5, уровень 0,6 и уровень 0,4. На фигурах 4-7 показан графически
характер изменения интенсивности дифракционной картины в зависимости от угла ϕ, на
каждом из kρ, и принцип выбора угловой ширины ∆ϕ каждой металлической пластины,
реализующей элемент амплитудной радиоголограммы. Угловые размеры дуг с различными радиусами выбирали по уровню 0,4 интенсивности радиоголограммы. Они были соответственно равны в градусах 90, 29, 20, 0. Металлические рассеиватели изготавливались в
виде пластин изогнутых по дугам с угловыми размерами дуг -90, 29, 20, 0 градусов и с радиусами дуг - 3,14; 6,91; 8,16; 11, соответственно. Причем, рассеиватель с угловыми размерами 0° выполняется в виде тонких металлических стержней с радиусами много меньше длины волны. Вертикальный размер пластин (по оси Z выбран произвольно, но превышающим ширину рупора), так как рассматривалась задача получения требуемой Д.Н. в
π
только в горизонтальной плоскости с угловой зависимостью по ϕ, при значении θ = .
2
Металлические рассеиватели устанавливали перед раскрывом секториального рупора,
11
BY 6748 C1
ширина которого составляла 160 мм, а расстояние от фланца волновода в горловине рупора до его раскрыва равнялось 140 мм. На фигуре 8 приведена конструкция построенной
радиоголографической антенны.
Антенна выполнена в виде опорного облучателя-рупора 3 указанных размеров, впаянного в металлический экран 11 и металлических рассеивателей в виде пластин, изогнутых
по дугам 12 и стержней 13,закрепленных в ближней зоне рупора 3 в местах с вышеуказанными координатами с помощью диэлектрической подложки 14 и диэлектрических держателей 15 (часть держателей на фигуре не показана).
На фигуре 9 приведена диаграмма направленности построенной радиоголографической антенны, возбужденной на частоте 9375 МГц и измеренной в безэховой камере. Как
следует из фигуры 9, точность приближения экспериментальной Д.Н. и теоретической
высокая. При удалении из радиоголограммы металлических рассеивателей с радиусами
kρ = 3,14 и 8,16 происходит развал Д.Н. на несколько лепестков (см. фигуру 10), т.е.
уменьшение числа дифракционных элементов радиголограммы менее числа основных
дифракционных максимумов, ведет к ухудшению приближения к требуемой Д.Н.
Исследовано согласование антенны со всеми конструктивными элементами радиоголограммы на частоте 9375 МГц и согласование рупора, впаянного в экран без наличия радиоголограммы перед его раскрывом на той же частоте. Измерения показали, что KCBH
рупорной антенны, впаянной в экран без радиоголограммы, равно 1,44, a KCBH радиоголографической антенны на этой же частоте равно 1,24. При измерениях в полосе частот
волновода, согласование радиоголографмческой антенны улучшается. Достигая значений
1,05-1,1.
Пример 2.
Построение плоской радиоголографической антенны с остронаправленной диаграммой направленности от 2° до 6°-12° по уровню 0,5, по мощности, с направлением излучения перпендикулярным плоскости голограммы. Согласно заявляемому способу, для формирования предметной радиоволны и записи радиоголограммы, было использовано устройство, изображенное на фигуре 1. В качестве опорного облучателя (излучателя) был
использован волновод стандартного сечения 10 мм на 23 мм, который излучает сферическую радиоволну, установленный заподлицо с плоским металлическим экраном 11 (см.
фигуру 11), имеющим форму пластины. Предметная волна формировалась с помощью рупорного излучателя 1, установленного своей осью излучения вдоль нормали к металлическому экрану. Такой рупорный излучатель посылает в сторону экрана плоскую электромагнитную волну из сектора равного своим угловым размерам, под которыми он виден из
центра металлического экрана вдоль нормали к нему, т.е. от 2 до 12 градусов в зависимости от расстояния между плоскостью экрана и плоскостью раскрыва рупора и габаритов
рупора.
При когерентном возбуждении опорного и предметного излучателей от генератора
СВЧ на частоте 9375 МГц, в области над металлическим экранам возникает интерференция взаимодействующих радиоволн. При измерениях зондом структуры дифракционной
картины над экраном на площади квадрата 600 мм на 600 мм, четко вырисовывается
структура радиоголограммы в виде системы максимумов и минимумов, имеющих характер дуг окружностей с центром в середине раскрыва плоскости волноводного облучателя
(излучателя) и с расстоянием между максимумами поля в одну длину волны вдоль радиуса из центра раскрыва волновода, что составило 3,2 см. Причем, высота максимумов поля
дифракции от плоскости металлического экрана находится в пределах 0,25 длины волны.
Таким образом, радиоголограмма имеет вид чередующихся зон минимумов и максимумов
в виде концентрических колец, хорошо сохраняющих эту структуру в угловом секторе от
оси волновода ± 45°. Радиусы колец максимумов, проведенные из фазового центра О облучателя (излучателя) 3, увеличивались от него с шагом равным длине волны. Совершенно очевидно, что подобная конфигурация записанной радиоголограммы соответствует
12
BY 6748 C1
теоретическим представлениям о форме интерференционной картины от сферической и
плоской волн (в силу этого, записанная радиголограмма на фигурах не приведена). При
этом, за пределами указанного сектора, наблюдается изменение формы интерференционных полос, зависящие от ширины диаграммы волновода или рупора, которым может заканчиваться волновод, а также от размеров и формы экрана. Материализация голограммы
в виде бинарной структуры наиболее проста технологически. Вопрос использования зон
максимумов или минимумов не принципиален, в силу свойства любой голограммы одинаково воспроизводить поле как с позитива, так и с негатива голограммы [1].
Изготовление бинарной голограммы требует выбора ширины элементов, имитирующих структуру радиоголограммы, и расстояния между ними. Для пространственных (объемных голограмм) использовался подход (см. пример 1), обеспечивающий перекрытие
бинарной структурой угловой ширины интерференционного поля от максимума до уровня
0,4-0,5 по интенсивности. При реализации радиоголограмм для плоских антенн, ширина
бинарного элемента выбиралась исходя из соображений технологической реализации его
и ширины полосы воспроизводимых частот, т.е. из резонансных свойств.
Записанная радиоголограмма изготавливалась в виде амплитудной бинарной радиоголограммы, размещаемой над металлическим экраном. При этом сама радиголограмма выполнялась либо в виде металлически полосок (дуг или иных резонансных элементов), либо в виде щелей в металлическом листе расположенном над экраном. Применялись и комбинированные структуры, когда в металлической полоске прорезалась дополнительно
щель, либо щелевой элемент имел вид петли и т.п. В любом случае, антенна строилась по
принципу "радиоголограмма-объект-облучатель", т.е. с учетом электродинамического
взаимодействия всех составляющих системы.
Экспериментально установлены следующие особенности изготовления амплитудной
бинарной радиоголограммы вблизи или на металлической поверхности:
1. Использование тонких металлических проводников, например, металлических проволочек изогнутых в виде дуг окружностей, и расположенных в области максимумов интерференционных полос радиоголограммы, не обеспечивает с достаточной точность воспроизведения Д.Н. как по ширине, так и в полосе частот. Наилучшее воспроизведение
Д.Н. наблюдается при использовании в качестве металлических элементов бинарной радиоголограммы металлических полосок, изогнутых в виде дуг окружностей, причем, ширина полосок выбирается из условия перекрытия интерференционных максимумов по
уровню до 0,5 по мощности. Такое конструктивное решение по выбору ширины излучателя обеспечивает и расширение полосы частот, на котором должна работать антенная система [10].
2. Металлический экран плоский или иной формы, когда антенна размещается на объекте со сложной формой поверхности, является составной частью радиоголографической
антенны, так как от его пространственной конфигурации существенно зависит структура
радиоголограммы. В качестве металлического экрана может быть использована плоская
или криволинейная металлическая поверхность объекта, на которую затем нанесен диэлектрический слой и на этом слое располагается металлическая полосковая структура,
отображающая радиоголографический рельеф. При изготовлении радиоголографической
антенны в виде отдельной плоской системы, не связанной с объектом, например, антенны
для спутникового телевидения с узкой диаграммой направленности шириной от 2 до 7
градусов, в качестве металлического экрана может быть использован металлический слой,
нанесенный на одну из сторон плоской диэлектрической пластины. Структура радиоголограммы наносится на противоположную сторону этой диэлектрической пластины. Радиоголографические антенны спутникового телевидения, как следует из выше приводимого
описания, целесообразно изготавливать из двусторонне фольгированных диэлектриков,
одна из металлизированных сторон которого служит экраном, а на противоположной металлизированной стороне выполняется фотолитографическим способом бинарная ампли13
BY 6748 C1
тудная радиоголограмма. При реализации фазовой бинарной голограммы, необходимо
модулировать дискретно диэлектрическую проницаемость этого диэлектрика.
Диаграммы направленности для спутниковых систем связи, полученные при использовании различных конструктивных вариантов изготовления плоских бинарных
радиоголограмм, представлены на фигурах 15, 18. Как следует из фигур 15, 18,
достигается хорошая симметрия диаграмм и достаточная точность воспроизведения
формы и ширины требуемой Д.Н.
Используя, при изготовлении бинарной радиоголограммы в качестве элементов реализующих ее структуру резонансные излучающие элементы вибраторные или щелевые,
можно получить новый класс плоских радиоголограмм и, соответственно, новый класс
плоских радиоголографических антенн минимального объема с требуемой диаграммой
направленности, обладающих высоким коэффициентом усиления.
Ниже приведены конструкции плоских радиоголографических антенн малого объема,
предназначенных для спутниковых систем радиосвязи.
Заявляемая, согласно изобретению, плоская радиоголографическая антенна (см.
фиг. 12, 13, 14.) состоит из волновода 3, выполняющего функцию облучателя (излучателя)
или приемного элемента, и радиоголограммы, содержит металлический экран 16, расположенный в плоскости внутренней широкой стенки волновода 3, с возможностью контакта с последней, т.е. заподлицо со стенкой волновода 3, плоскую диэлектрическую подложку 17, соединенную одной из своих сторон с экраном 16, металлические полоски 18,
расположенные на второй, противоположной экрану 16 стороне подложки 17, в плоскости
параллельной экрану 16, дополнительных полосок 19, на торцах радиоголограммы, непосредственно примыкающих к волноводу 3, и им противоположных, контактирующих по
всему периметру с экраном 16 и волноводом 3, в месте его присоединения к системе радиоглограмма-экран, образуя резонаторную полость, имеющую с одной стороны экран 16,
с противоположной стороны радиголографическую структуру 18, контактирующую с полосками 19, а через них и с экраном. Металлические полоски 18 имеют форму дуг, расположенных по концентрическим окружностям, средние радиусы дуг увеличиваются от центра концентрических окружностей О с шагом, равным длине волны. Центр плоскости раскрыва волновода 1 совмещен с центром О концентрических окружностей. Если в качестве
облучателя радиоголограммы, вместо открытого конца волновода используется иной излучатель, то его фазовый центр совмещается с центром О. Толщина диэлектрического
λ
, где λ - рабочая длина волны системы, ε - диэлектрическая проницаеслоя равна
4 ε
мость материала подложки 17.
В зависимости от технологии изготовления антенны, вместо металлических полосок
19 могут быть использованы металлические слои, нанесенные на торцы диэлектрической
пластины 17 или иная экранирующая металлическая поверхность.
Заявляемая радиголографическая антенна работает следующим образом.
При облучении радиоголограммы с ее торца электромагнитной волной из волновода 3
(облучатель) сферическая радиоволна, распространяясь вдоль металлического экрана 16,
возбуждает металлические полоски 18, которые излучают электромагнитные волны перпендикулярно плоскости экрана. Возбуждение металлических догообразных полосок происходит синфазно, так как расстояние до каждой из них от фазового центра излучения
кратно длине волны, на которой функционирует система. Поэтому в направлении нормали
к плоскости излучения поля в дальней зоне складываются синфазно, т.е. максимум поля
излучения такой радиоголографической антенны нормален к поверхности плоской радиоголограммы, чем и достигается получение требуемой Д.Н.
При работе в режиме приема, плоская радиоволна, падая нормально на плоскость радиоголограммы, одновременно возбуждает все металлические полоски 18, излучение от
которых, распространяясь вдоль экрана 16 воспроизводит в совокупности сферическую
14
BY 6748 C1
радиоволну, сходящуюся в центр О приемной плоскости (плоскость раскрыва волновода),
т.е. фокусируется в центр О металлических дуговых полосок 18, попадая в волновод 3.
При работе в режиме приема - передачи электромагнитных волн антенной системой, металлический экран выполняет роль зеркала, котором формируется изображение структуры
радиоголограммы, удаленной от ее реального образа на полволны. Такая система экран
(зеркало) - голограмма обеспечивает одностороннее излучение радиголографической антенны только в одну сторону от поверхности раскрыва антенны и, соответственно, режим
приема с направлением сигнала с поверхности раскрыва в волновод 3. Благодаря расположению экрана на расстоянии в четверть волны от плоскости радиоголограммы, обеспечивается уменьшение габаритов антенны. При использовании диэлектриков с диэлектрической проницаемостью ε больше единицы, заполняющих пространство между экраном и
радиоголограммой, глубина резонатора радиоголографической антенны становится равλ
. Расположение облучателя 3 в торец радиоголограммы, также способствует
ной
4 ε
уменьшению габаритов антенны.
Описанный вариант конструкции заявляемой голографической антенны обеспечивает
прием - передачу радиоволн преимущественно с линейной поляризацией излучения. Коэффициент усиления такой антенны зависит от площади ее раскрыва. При размерах раскрыва в двадцать на двадцать длин волн ширина главного лепестка Д.Н. равна 2,5 градуса.
При размерах раскрыва в 12 на 12 длин волн ширина главного лепестка Д.Н. направленности равна 4 градусам.
Ниже приведен вариант конструкции заявляемой радиоголографической антенны,
обеспечивающий прием радиоволн с эллиптической поляризации излучения с воспроизведением остронаправленной Д.Н., перпендикулярной плоскости экрана (см. фигуры 16,
17). Отличие данного варианта радиоголографической антенны от вышеописанного заключается в том, что внутри каждой металлической полоски 18 между ее концами, и с отступом от них, выполнены щели 21 равен среднему радиусу дуги полоски 18. Число щелей 21 равно числу полосок 18.
Описываемый вариант конструкции приемной антенны работает следующим образом.
Падающая на антенну плоская электромагнитная волна с двумя ортогональными составляющими (речь идет о поляризованной по кругу волне) возбуждает щель (составляющая
вектора E нормальная широкой стенке щели в металлической полоске), а составляющая
вектора E, коллинеарная касательной к металлической полоске в плоскости радиоголограммы, возбуждает ток в металлической полоске. Так как ортогональные составляющие
сдвинуты не только в пространстве, но и во времени, то в направлении приемного устройства 3 передается принятый сигнал [11].
Использование металлических полосок, изогнутых по концентрическим дугам и расположенных с зазорами в виде концентрических щелей на плоской диэлектрической подложке, при иных, чем выше описанных вариантах значений ширины дуг и щелей, позволяет изготовить плоскую радиоголографическую антенну щелевого типа малого объема
(см. фиг. 19-21).
Отличия заявляемого варианта радиоголографической от выше описанных заключается в следующем (см. фигуры 19, 20, 21). Металлические полоски 18 не содержат щелей.
Узкие щели 20 шириной H = (0,05-0,I)λ, между полосками 18 имеет форму дуг
концентрических расположенных окружностей с центром О, причем, средние радиусы дуг
щелей 20 кратны рабочей длине волны и увеличивается от центра О с шагом равным
длине волны. В остальном, конструкция описываемого варианта аналогична
рассмотренным
Работает заявляемый
выше.
вариант плоской радиоголографической антенны щелевого типа
следующим образом.
В режиме излучения сферическая электромагнитная волна, излученная волноводом 3,
преобразуется в ТЕМ волну, распространяющуюся в резонаторе, образованном металли15
BY 6748 C1
ческим экраном 16, структурой радиоголограммы в виде совокупности металлических полосок 18 и щелей 20 и дополнительными полосками 19. В режиме передачи ТЕМ волна
возбуждает щели 20, причем щели возбуждаются электрической составляющей поля нормальной к широкой стенке щели. В дальней зоне излучение из всех щелей складывается
синфазно в направлении нормали к поверхности радиоголограммы. При этом обеспечивается получение остронаправленной Д.Н., нормальной к раскрыву антенны.
Для получения большого коэффициента усиления, при достаточно малых размерах
раскрыва радиоглограммы, необходимо периметр каждой из щелей 20 выполнить в виде
дискретной совокупности резонансных щелей (см. фиг. 22). Каждый резонансный элемент
в виде щели имеет конфигурацию и размеры, обеспечивающих работу этого элемента в
полосе частот. Радиоглографическая антенна с резонансными щелями и раскрывом 8λ, на
8λ имеет коэфициент усиления 24-28 дБ. Работа такой радиоголографической антенны
аналогична описанной выше радиоголографической антенны. Отличия в работе заключается в том, что каждая щель из совокупности возбуждается резонансно, что усиливает
суммарный сигнал антенны, увеличивает коэффициент усиления антенны в целом.
В описываемых вариантах плоских радиоголографических антенн, в качестве возбуждающего, облучающего радиголограмму элемента, может быть использован стандартный
волновод рабочего диапазона радиоволн для данной антенной системы, при этом одна из
широких стенок волновода выполняется заподлицо с металлическим экраном; квадратный
волновод, одна из сторон которого выполнена заподлицо с металлическим экраном; коаксиальный волновод, полосковый волновод и другие типы устройств, обеспечивающих излучение (прием) электромагнитных волн.
Источники информации:
1. Г.С. Сафронов, А.П. Сафронова. Введение в радиоголографию. - M.: Советское радио, 1973. - С. 210-211.
2. А.С. Ключников. Радиооптика и голография. - Мн.: Университетское, 1989. - С. 154156.
3. А.с. СССР 358746, МПК HO1Q 3/00, опубликовано 3.11.1972 (прототип).
4. В.Н. Левченко. Спутниковое телевидение в вашем доме. - Санкт-Петербург, Полигон, 1998. - С. 106.
5. Заявка Японии № 58-38961, МПК HO1Q 19/06, HO1Q 15/02, опубликовано 26.08.83.
6. K. Iizuka, V. Vizusava, S. Urasaki, H. Ushigome. Volume type hologram antennas. IEEE.
Trans. Antennas and Propagat, 1975, vol. AP-23, pp. 807-810 (прототип).
7. А.с. СССР № 1184036, МПК HO1Q 17/00, 1985.
8. А.с. СССР № 1415291, МПК HO1Q 17/00, 1988.
9. Л.Д. Бахрах, А.П. Курочкин. Голография в микроволновой технике. -M.: Советское
радио, 1979. - С. 150-160, 186, 190-192.
10. М.С. Жук, Ю.Б. Молочков. Проектирование антенно-фидерных устройств. - M.:
Энергия, 1966. - С. 181-227.
11. М.С. Жук, Ю.Б. Молочков. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. - M.: Энергия, 1973. - С. 136-138.
16
BY 6748 C1
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
17
BY 6748 C1
Фиг. 8
Фиг. 9
Фиг. 10
Фиг. 11
Фиг. 12
Фиг. 13
18
BY 6748 C1
Фиг. 14
Фиг. 15
Фиг. 16
Фиг. 17
Фиг. 18
Фиг. 19
19
BY 6748 C1
Фиг. 20
Фиг. 21
Фиг. 22
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
20
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
380 Кб
Теги
by6748, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа