Антенно-фидерное устройство с вращающимся соединением и одновременным механическим сканированием диаграммы направленности

 

Изобретение относится к антенной технике СВЧ-диапозона и может быть использовано в РЛС с плавным механическим сканированием и одновременным вращением диаграммы направленности для создания равносильного направления. Создано простое и контактное устройство с малыми потерями. Антенно-фидерное устройство состоит из сканирующего устройства облучателя, рефлектора, контррефлекторов. Выполнено оно так, что центр подвеса и ось вращения антенны совмещены с центром подвеса и осью вращения сканирующего устройства, которое выполнено в виде двух отрезков круглого волновода, один из которых жестко закреплен, а его конец выполнен расширяющимся в виде конического рупора, другой отрезок - подвижный выполнен в виде круглого волновода, на одном конце которого стенки скошены на конус с внешней стороны, а на другом конце связан с рупорным облучателем антенны, причем подвижный волновод со скошенными стенками введен в конический рупор с зазором, центр подвеса сканирующего устройства совмещен с центром плоскости торцевого среза волновода с сужающимися стенками, в ось вращения проходит через этот центр, при этом подвижный отрезок волновода и облучатель могут быть жестко соединены с рефлектором и контррефлектором зеркальной антенны или элементами любой другой антенны. Кроме того, для уменьшения вносимых потерь внутренние стенки расширяющейся части неподвижного отрезка покрыты диэлектриком, а на скошенные внешние стенки подвижного отрезка нанесен поглощающий материал. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике СВЧ-диапазона и может быть использовано в РЛС с плавным механическим сканированием и с одновременным вращением диаграммы направленности для создания равносигнального направления.

Стояла задача создания простой и компактной антенной системы, позволяющей быстро вращать и плавно перемещать луч в пространстве, при этом должны быть сохранены малые потери и улучшены эксплуатационные характеристики антенного устройства в целом. Особенно сложно выполнить эти требования в устройствах миллиметрового диапазона.

Известны несколько типов подвижных соединений, используемых в антеннах с механическим сканированием и вращением. Во-первых, это универсальные шарнирные соединения [1], которые имеют жесткую связь через жесткие линии на каждой части волновода. Поверхность каждого дросселя обтачивается по форме конуса так, что их можно поместить близко друг к другу. Глубина канавки делается такой, чтобы утечка СВЧ-мощности была минимальной и получился минимально возможный КСВН. Во-вторых, это системы, преобразующие вращательное движение тракта в качание электромагнитного луча в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. К недостаткам этих конструкций относятся сложность, громоздкость конструкции, узкополосность и большие вносимые потери.

Известна также антенная система, допускающая как вращение луча, так и одновременное его сканирование [2]. Это антенное устройство состоит из рефлектора, сканирующего устройства, выполненного в виде двух круглых волноводов, облучателя, связанного со свободным концом подвижного первого круглого волновода. Все недостатки подобного антенного устройства определяются наличием большого количества высокочастотных элементов и фланцевых соединений. Большое количество высокочастотных элементов создает громоздкость, протяженность тракта и большие вносимые потери (правда, сами вращающиеся сочленения могут иметь малые потери, но в узкой полосе частот) и, наконец, сложность управления двумя независимыми вращающимися сочленениями.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов при сохранении малых вносимых потерь.

Поставленная цель достигается тем, что центр подвеса и ось вращения антенны совмещены с центром подвеса и осью вращения сканирующего устройства, второй круглый волновод жестко закреплен и его конец выполнен расширяющимся в виде конического рупора, а стенки на подвижно соединенном с ним конце подвижного первого круглого волновода скошены на конус с внешней стороны и этот конец введен в конический рупор с зазором, причем центр подвеса сканирующего устройства совмещен с центром плоскости торцевого среза подвижного первого круглого волновода, а ось вращения сканирующего устройства проходит через этот центр.

Внутренние стенки конического рупора до конца второго круглого волновода покрыты диэлектриком, а на скошенные на конус стенки подвижного первого круглого волновода нанесен поглощающий материал.

На чертеже схематически показано антенно-фидерное устройство с вращающимся соединением и одновременным механическим сканированием луча антенны.

Это устройство содержит рефлектор 1, контррефлектор 2 и гибкий фидерный тракт с облучателем 3. Гибкий фидерный тракт с облучателем - сложный узел, состоящий из двух круглых волноводов, свободный конец подвижного первого круглого волновода 4 связан с облучателем 3. Второй круглый волновод 5 жестко закреплен и его конец выполнен расширяющимся в виде конического рупора 6. Внутренние стенки конического рупора 6 покрыты тонким слоем диэлектрика 7. При этом на скошенные на конус стенки на конце подвижного первого круглого волновода 4 нанесен поглощающий материал 8 и этот конец подвижного первого круглого волновода введен в конический рупор 6 с зазором. Первый волновод 4 может поворачиваться в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно второго 5, а также вращаться относительно своей оси. Тип используемой антенны не обязательно ограничивается зеркальной. Возможно использование и других более простых антенн: рупорных, линзовых и т.д.

Антенно-фидерное устройство работает следующим образом.

Волна типа H, распространяющаяся во входном участке второго круглого волновода 5, попадая в место стыка волноводов, далее распространяется в первом круглом волноводе 4 в виде волны типа H, частично попадает в зазор между коническим рупором 6 волновода 5 и скошенными стенками подвижного волновода 4. Этот участок можно рассматривать как коаксиальную линию, волновое сопротивление которой тем меньше, чем меньше зазор. Уменьшение волнового сопротивления ухудшает связь волновода со свободным пространством, что уменьшает излучение и собственные потери. Далее сигнал попадает в облучатель, выполненный в виде конического рупора, на контррефлектор и рефлектор, формирующие диаграмму направленности с нужными характеристиками.

Формула изобретения

1. Антенно-фидерное устройство с вращающимся соединением и одновременным механическим сканированием диаграммы направленности, содержащее рефлектор, сканирующее устройство, выполненное в виде круглых волноводов, облучатель, связанный со свободным концом подвижного первого круглого волновода, отличающееся тем, что центр подвеса и ось вращения антенны совмещены с центром подвеса и осью вращения сканирующего устройства, второй круглый волновод жестко закреплен и его конец выполнен расширяющимся в виде конического рупора, а стенки на подвижно соединенном с ним конце подвижного первого круглого волновода скошены на конус с внешней стороны и этот конец введен в конический рупор с зазором, причем центр подвеса сканирующего устройства совмещен с центром плоскости торцевого среза подвижного первого круглого волновода, а ось вращения сканирующего устройства проходит через этот центр.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренние стенки конического рупора на конце второго круглого волновода покрыты диэлектриком, а на скошенные на конус стенки подвижного первого круглого волновода нанесен поглощающий материал.

РИСУНКИ

Рисунок 1