Двухзеркальная антенна

 

Изобретение относится к области антенной техники диапазона СВЧ и предназначено для использования в антенных системах космической и радиорелейной связи. Цель изобретения является устранение реакции вспомогательного зеркала на облучатель в широком диапазоне частот. Двухзеркальная антенна содержит основное зеркало 1 с параболической образующей, облучатель 2 и вспомогательное зеркало 3 с эллиптической образующей, на кромке которого установлен конический фланец 4. На поверхности конического фланца 4, обращенной к основному зеркалу 1, выполнены соосные с осью симметрии основного зеркала концентрические канавки 5 с толщиной стенок t = 0,02λ_мин , глубина h_i и ширина S_i которых, периодически уменьшается в направлении внешней кромки конического фланца 4 с постоянным коэффициентом k = 1,08 - 1,1, где λ_мин - минимальная длина волны рабочего диапазона, i = 1, 2, 3,...N - порядковый номер канавки, причем глубина h₁ и ширина S₁ первого от оси симметрии основного зеркала 1 канавки выбираются соответственно равным h₁= 0,2λ_макс, S₁= 0,1λ_макс, при этом расстояние от оси симметрии основного зеркала 1 до первой кольцевой канавки равно R = (D/2 + t), а число кольцевых канавок N определяется выражением D - внешний диаметр вспомогательного зеркала; B = f_b/f_h - коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот; λ_макс - максимальная длина волны рабочего диапазона; f_h, f_b - нижняя и верхняя частота рабочего диапазона соответственно. Новым является выполнение на поверхности конического фланца 4, обращенной к основному зеркалу 1, соосные с осью симметрии основного зеркала 1 концентрических канавок 5 с толщиной стенок t = 0,02λ_мин, глубина h_i и ширина S_i которых, периодически уменьшается в направлении внешней кромки конического фланца 4 с постоянным коэффициентом k = 1,08 - 1,1, причем глубина h₁ и ширина S₁ первой от оси симметрии основного зеркала канавки выбирается соответственно равными h₁= 0,2λ_макс, S₁= 0,1λ_макс, при этом расстояние от оси симметрии основного зеркала 1 до первой кольцевой канавки равно R = (D/2 + t), а число кольцевых канавок N определяется выражением Использование предложенного решения позволяет устранить реакцию вспомогательного зеркала на облучатель в широком диапазоне частот. 2 ил.

Изобретение двухзеркальная антенна относится к антенной технике диапазона СВЧ и может быть использована в антенных системах космической и радиолинейной связи.

Известны [1] двухзеркальные антенны со смещенной осью параболической образующей, построенные по схеме с эллиптической образующей вспомогательного зеркала (АДЭ), на кромке которого установлен конический фланец по схеме Кассегрена (с гиперболической образующей вспомогательного зеркала).

недостатком таких антенн является ухудшение согласования в двухзеркальной системе вследствие приема облучателем дифракционных полей от кромок вспомогательного зеркала.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению, является выбранное в качестве прототипа двухзеркальная антенна, выполненная по схеме АДЭ, содержащая основное зеркало, облучатель и вспомогательное зеркало [2] в котором с целью устранения реакции вспомогательного зеркала на облучатель установлен на кромке зеркала конический фланец с нечетным числом сегментных выступов. Однако, уменьшение реакции вспомогательного зеркала на облучатель осуществляется на фиксированной частоте. Это обусловлено резонансными размерами выступов и впадин, выполненных на фланце вспомогательного зеркала.

Техническая задача заключается в устранении реакции вспомогательного зеркала на облучатель в широком диапазоне частот.

Указанная задача заключается в том, что в двухзеркальной антенне, содержащей основное зеркало с параболической образующей, облучатель и вспомогательное зеркало с эллиптической образующей, на кромке которого установлен конический фланец, согласно изобретению на поверхности конического фланца, обращенной к основному зеркалу, выполнены соосные с осью симметрии основного зеркала концентрические канавки с толщиной стенок t = 0,02λ_мин, глубина h_i и ширина S_i которых, периодически уменьшаются в направлении внешней кромки конического фланца с постоянным коэффициентом k 1,08 1,10, где λ_мин минимальная длина волны рабочего диапазона, i 1, 2, 3; N - порядковый номер канавки, причем глубина h_i и ширина S_i первой от оси симметрии основного зеркала канавки выбираются соответственно равными h₁= 0,2λ_макс, S₁= 0,1λ_макс, при этом расстояние от оси симметрии до первой кольцевой канавки выбирается равным R (D/2 + t), а число кольцевых канавок N определяется выражением D внешний диаметр вспомогательного зеркала; B f_в/f_н верхняя и нижняя рабочая частота антенны, соответственно; λ_макс максимальная длина волны рабочего диапазона.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая двухзеркальная антенна отличается наличием новых элементов на поверхности конического фланца, обращенной к основному зеркалу, выполнены соосные с осью симметрии основного зеркала концентрические канавки с толщиной стенок t = 0,02λ_мин, глубина h_i и ширина S_i которых периодически уменьшаются в направлении внешней кромки конического фланца с постоянным коэффициентом k 1,08 1,1, причем глубина h_i и ширина S_i первой от оси симметрии основного зеркала канавки выбираются соответственно равными h₁= 0,2λ_макс, S₁= 0,1λ_макс при этом расстояние от оси симметрии основного зеркала до первой кольцевой канавки выбирается равным R (D/2 + t), а число кольцевых канавок N определяется выражением Таким образом, изобретение соответствует критерию изображения "новизна".

Анализ известных технологических решений в известной области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что введенные элементы известны.

Однако, выполнение на поверхности конического фланца, обращенной к основному зеркалу, концентрических канавок с указанными размерами и связями обеспечивают устройству такое новое свойство, как устранение реакции вспомогательного зеркала на облучатель в широком диапазоне частот.

Изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является промышленно применимым, так как оно может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

На фиг. 1 представлен общий вид двухзеркальной антенны, где: 1 основное зеркало с параболической образующей; 2 облучатель; 3 вспомогательное зеркало с эллиптической образующей; 4 конический фланец; 5 концентрические канавки; На фиг. 2 представлен общий вид конического фланца на поверхности которого выполнены концентрические канавки, где: 1 конический фланец; 2 - концентрические канавки; t толщина стенок канавок; h_i глубина канавок; S_i ширина канавок.

На фиг. 1 двухзеркальная антенна содержит основное зеркало 1 с параболической образующей, облучатель в виде рупорного излучателя 2 с фазовым центром в точке 0, вспомогательное зеркало 3 с эллиптической образующей и конический фланец 4. На поверхности конического фланца 4 выполнены концентрические канавки 5, расположенные соосно с осью симметрии основного зеркала 1.

На фиг. 2 на поверхности конического фланца 1, обращенной в сторону основного зеркала, выполнены концентрические канавки 2, имеющие глубину h_i, ширину S_i и толщину стенок канавок t. При этом глубина h_i и ширина S_i канавок периодически уменьшается в направлении внешней кромки конического фланца (с ростом номера, т.е. при i __→ N с постоянным коэффициентом k 1,08 1,1. Сущность изобретения состоит в выполнении на поверхности фланца, обращенной к основному зеркалу, концентрических канавок определенных размеров, расположенных соосно с осью симметрии основного зеркала, образующих тем самым определенную импедансную поверхность, что позволяет устранить отражения электромагнитных волн от кромки вспомогательного зеркала в широкой полосе частот вследствие их затухания на импедансной поверхности фланца. При этом полоса частот, в которой осуществляется наиболее интенсивное ослабление отраженных от внешней кромки вспомогательного зеркала волн определяется отношением h_i/h_N.

Устройство работает следующим образом.

Излучатель 2 (фиг. 1) излучает сферическую волну в направлении вспомогательного зеркала 3, которая переотражает ее в направлении основного зеркала 1, последнее преобразует ее в волну с плоским фронтом и излучает в пространство. При этом облучатель 2 излучает сферическую волну и облучает вспомогательное зеркало 3, в том числе и ее кромку. Установка на кромке вспомогательного зеркала 3 конического фланца 4 с соосными оси симметрии основного зеркала 1 концентрическими канавками 5 заданных размеров, образующих импедансную поверхность, приводит к затуханию поверхностей волны на импеданстной структуре, что приводит к устранению переотраженной падающей электромагнитной волны от кромки вспомогательного зеркала 3 в сторону облучателя 2. Это в свою очередь позволяет устранить реакцию вспомогательного зеркала 3 и облучатель 2, что улучшает согласование с питающим филером и, следовательно, ведет к повышению коэффициента усиления. Интенсивность затухания тока вдоль импедансной поверхности зависит от количества кольцевых канавок, их глубины h_i и ширины S_i. На фиксированной длине волны затухания тока максимальное, если глубина канавок близка к λ/4, а их ширина не превышает 0,1λ. В этой связи размеры первой кольцевой канавки h₁= 0,2λ_макс и S₁= 0,1λ_макс выбирались из условия обеспечения эффективного затухания тока вдоль инпедансной поверхности на нижней граничной частоте рабочего диапазона антенны. Для обеспечения эффективного затухания тока вдоль импедансной поверхности во всем частотном диапазоне работы антенны необходим набор кольцевых канавок с различными размерами, причем, чем меньше дискрета изменения размеров, тем эффективность затухания тока в диапазоне частот выше. В этой связи использован набор кольцевых канавок, размеры которых h_i и S_i, начиная с первой кольцевой канавки, периодически уменьшаются с постоянным коэффициентом k 1,08 1,1, а число кольцевых канавок выбрано, исходя из требуемого диапазона рабочих частот антенны B f_в/f_н и равно N 1 + lgB/lgK. При K > 1.1 интенсивность затухания тока снижается, при K <1,08 возрастает число кольцевых канавок, но эффективность затухания тока не возрастает. Выбор направления уменьшения размеров кольцевых канавок от оси симметрии основного зеркала 1 к внешней кромке конического фланца 4, а не обратного, обусловлен согласно [3] наибольшей эффективностью затухания тока. Толщина стенок между канавками практически не влияет на распределение тока, по определяет конструктивные размеры конического фланца. Для обеспечения достаточной прочности толщина стенок между канавками выбрана равной t = 0,02λ_мин. Результаты экспериментального исследования двухзеркальной антенны показали, что предложенное техническое решение, по сравнению с прототипом, обеспечивает эффективное устранение реакции вспомогательного зеркала на облучатель во всей полосе рабочих частот антенны. При этом, КСВН по выходу двухзеркальной антенны и при отсутствии на поверхности конического фланца концентрических канавок составляет 1,8, а при их выполнении составляет 1,4, что позволяет повысить коэффициент усиления антенны на 0,5 дВ.

Формула изобретения

Двухзеркальная антенна, содержащая основное зеркало с параболической образующей, облучатель и вспомогательное зеркало с эллиптической образующей, на кромке которого установлен конический фланец, отличающаяся тем, что на поверхности конического фланца, обращенной к основному зеркалу, выполнены соосные с осью симметрии основного зеркала концентрические канавки с толщиной стенок t = 0,02λ_мин, глубина h_i и ширина S_i которых периодически уменьшается в направлении внешней кромки конического фланца с постоянным коэффициентом K=1,08-1,1, где λ_мин минимальная длина волны рабочего диапазона, i=1, 2, 3, N порядковый номер канавки, причем глубина h₁ и ширина S₁ первой от оси симметрии основного зеркала канавки выбираются соответственно равными h₁= 0,2λ_макс, S₁= 0,1λ_макс, при этом расстояние от оси симметрии основного зеркала до первой кольцевой канавки равно R=D/2 + t, а число кольцевых канавок N определяется выражением N=1+lgB/lgK, где D внешний диаметр вспомогательного зеркала, В= fв/fн коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот, λ_макс, максимальная длина волны рабочего диапазона, f_н, f_в нижняя и верхняя частоты рабочего диапазона соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2