Рупорная антенна

Изобретение относится к антенно-фидерной и микроволновой технике и может быть использовано в аппаратуре связи, радиометрии и устройствах СВЧ нагрева. Техническим результатом является выравнивание диаграммы направленности в широком диапазоне частот, с различной поляризацией поля. Технический результат достигается за счет того, что рупорная антенна содержит рупор с нарезанными на его внутренней поверхности канавками в виде одно- или многозаходных спиралей. Спирали выполнены с постоянным шагом, равным половине средней длины волны, глубина канавок постоянна и равна четверти средней длины волны, а ширина канавок в начале спирали равна ее глубине, а далее линейно уменьшается по мере увеличения раскрыва рупора. Рупор антенны может иметь коническую или пирамидальную форму. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к антенно-фидерной и микроволновой технике и может быть использовано в аппаратуре связи, радиометрии и устройствах СВЧ нагрева.

Известны рупорные антенны, выполненные в виде отрезков прямоугольного или круглого волноводов с присоединенными к ним, соответственно, пирамидальным или коническим рупорами [Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны, ч.II. «Антенны». М.: Сов. радио, 1969]. Недостатком таких антенн является довольно сильное отражение волн от краев рупора, возникающее вследствие разницы волновых сопротивлений самого рупора и внешнего воздушного пространства.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является конструкция облучателя двухзеркальной антенны, выполненная в виде расфазированного конического рупора с нанесенной на его внутренней поверхности импедансной спиральной канавкой, служащей для выравнивания диаграммы направленности [а.с. №237934 СССР. Рупорная антенна // Ерухимович Ю.А. Опубл. в БИ №9, 1969]. Недостатком данной конструкции является постоянство глубины и ширины канавки спирали, а значит и ее волнового сопротивления по мере увеличения раскрыва рупора, что позволяет обеспечить его согласование только с одной из сторон - либо с питающим рупор волноводом, либо с внешним воздушным пространством.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является выравнивание диаграммы направленности рупорной антенны в широком диапазоне частот и с различной поляризацией поля за счет согласования рупора как со стороны питающего его волновода, так и со стороны внешнего воздушного пространства.

Решение технической задачи достигается тем, что рупорная антенна содержит рупор с нарезанными на его внутренней поверхности канавками в виде одно- или многозаходных спиралей. Согласно предложенному изобретению спирали выполнены с постоянным шагом, равным половине средней длины волны, глубина канавок постоянна и равна четверти средней длины волны, а ширина канавок в начале спирали равна ее глубине, а далее линейно уменьшается по мере увеличения раскрыва рупора. Рупор антенны может иметь коническую или пирамидальную форму.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении всей совокупности заявляемых существенных признаков, является согласование рупора как со стороны питающего его волновода, так и со стороны внешнего воздушного пространства, что позволяет обеспечить выравнивание диаграммы направленности рупорной антенны в широком диапазоне частот и с различной поляризацией поля.

Предлагаемая рупорная антенна иллюстрируется чертежами (фиг.1-5), на которых представлены варианты ее конструкций на основе конического (фиг.1) и пирамидального рупоров (фиг.3) и полученные для них характеристики (фиг.2, 4). На фиг.5 представлена использованная в расчетах зависимость сопротивления спиральной канавки R при изменении ее ширины W, вычисленная по формуле: R=ρ/(W cos Ф), где ρ - удельное сопротивление материала канавки (для меди 0,0175 (Ом·мм2/м)), Ф - угол намотки спирали по отношению к продольной оси.

Конструкция конической рупорной антенны (Фиг.1) содержит питающий круглый волновод 1, конический рупор 2 и нарезанную на внутренней поверхности рупора одно- или многозаходную спиральную канавку 3. Конструкция пирамидальной рупорной антенны (Фиг.3) включает питающий прямоугольный волновод 4, пирамидальный рупор 5 и нарезанную на внутренней поверхности рупора одно- или многозаходную спиральную канавку 6.

Работа рупорной антенны конической формы осуществляется следующим образом.

Волна Н11 возбуждается в питающем круглом волноводе 1, плавно переходящем в конический рупор 2. На внутренней поверхности рупора нарезана одно- или многозаходная спиральная канавка 3, имеющая постоянный шаг, равный половине средней длины волны (Фиг.1). Глубина канавки постоянна и равна четверти средней длины волны, а ширина канавки в начале спирали равна ее глубине, а далее линейно уменьшается по мере увеличения раскрыва рупора, что позволяет обеспечить требуемое волновое сопротивление для согласования конического рупора как со стороны питающего волновода, так и со стороны внешнего воздушного пространства. Волновое сопротивление круглого волновода с волной Н11 может быть определено по формуле [Однозначное определение волнового сопротивления волноводов круглого и прямоугольного поперечного сечения // Пчельников Ю.Н. / Сб. науч. трудов №123. М.: Моск. Энерг. Ин-т. 1987. с.49-55]:

где b - радиус волновода, Ω - поперечная постоянная, связанная с фазовой постоянной β и волновым числом k соотношением

ε0, µ0 - диэлектрическая и магнитная проницаемости вакуума, ω - угловая частота.

Возможность достижения поставленной цели подтверждается результатами численного эксперимента, полученными с помощью Mathcad.

На фиг.2 показаны зависимости волнового сопротивления Z0 конической рупорной антенны от обобщенного параметра rτ, пропорционального частоте, где r - текущий радиус рупора, τ - поперечная постоянная волны, замедленной спиральной канавкой. В представляющих практический интерес случаях изменения rτ нелинейные зависимости волнового сопротивления аппроксимируются отрезками прямых. Так на фиг.2 прямая 1 соответствует обычному коническому рупору с волной Н11 без импедансной структуры, прямая 2 - для рупора с однозаходной спиральной канавкой. Анализ полученных зависимостей подтверждает трудности, связанные с отражением волны, возникающие при согласовании обычного конического рупора с внешним воздушным пространством, волновое сопротивление которого 376,7 (Ом). В то же время наличие спиральной канавки в раскрыве рупора позволяет увеличить значение волнового сопротивления и обеспечить минимальные потери на отражение, несмотря на некоторое увеличение дисперсии.

Аналогично осуществляется работа антенны на базе пирамидального рупора.

В этом случае волна Н10 возбуждается в прямоугольном волноводе 4, плавно переходящем в пирамидальный рупор 5. На внутренней поверхности рупора нарезана одно- или многозаходная прямоугольная спиральная канавка 6, имеющая постоянный шаг, равный половине средней длины волны (Фиг.3). Как и в случае конического рупора, глубина канавки постоянна и равна четверти средней длины волны, а ширина канавки в начале спирали равна ее глубине, а далее линейно уменьшается по мере увеличения раскрыва рупора.

Волновое сопротивление прямоугольного волновода с волной Н10 может быть определено по формуле [Однозначное определение волнового сопротивления волноводов круглого и прямоугольного поперечного сечения // Пчельников Ю.Н. / Сб. науч. трудов №123. М.: Моск. Энерг. Ин-т. 1987. с.49-55]:

где а - ширина волновода, b - его высота.

В этом случае возможность достижения поставленной цели также подтверждается результатами численного эксперимента, полученными с помощью Mathcad.

На фиг.4 показаны зависимости волнового сопротивления Z0 пирамидальной рупорной антенны от обобщенного параметра , пропорционального частоте. В представляющих практический интерес случаях изменения нелинейные зависимости волнового сопротивления аппроксимируются отрезками прямых. Так на фиг.4 прямая 1 соответствует обычному пирамидальному рупору с волной Н10 без импедансной структуры, прямая 2 - для рупора с однозаходной прямоугольной спиральной канавкой. В отличие от антенны на базе конического рупора, согласование пирамидального рупора за счет спиральной канавки показывает еще лучшие результаты. Здесь рост волнового сопротивления практически не меняет дисперсии, а значит согласование с минимальными потерями на отражение может быть проведено в более широком диапазоне частот.

Достоинством предложенного изобретения является возможность согласования рупорных антенн как со стороны питающих их волноводов, так и со стороны внешнего воздушного пространства, что позволяет обеспечить выравнивание их диаграмм направленности. Наличие спиральной канавки в раскрыве рупора приводит к тому, что волны, отраженные от диаметрально противоположных точек спирали, возвращаются к волноводу в противофазе и взаимно компенсируются. Это позволяет использовать предлагаемые антенны для работы с различной поляризацией поля и обеспечивать симметричность их диаграмм направленности в широком диапазоне частот.

1. Рупорная антенна, содержащая рупор с нарезанными на его внутренней поверхности канавками в виде одно- или многозаходных спиралей, отличающаяся тем, что спирали выполнены с постоянным шагом, равным половине средней длины волны, глубина канавок постоянна и равна четверти средней длины волны, а ширина канавок в начале спирали равна ее глубине, а далее линейно уменьшается по мере увеличения раскрыва рупора.

2. Рупорная антенна по п.1, отличающаяся тем, что рупор имеет коническую форму.

3. Рупорная антенна по п.1, отличающаяся тем, что рупор имеет пирамидальную форму.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к широкополосным рупорно-микрополосковым антеннам СВЧ-диапазона, и может быть использовано в метрологии, в системах связи, в радиодефектоскопии, радиомониторинге.

Изобретение относится к антеннам СВЧ-диапазона. .

Изобретение относится к широкополосным антеннам СВЧ-диапазона. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемопередающей антенны в установках для измерения радиолокационной матрицы рассеяния разных объектов в выбранном поляризационном базисе.

Изобретение относится к устройству измерения степени заполнения емкости средой с волноводом для передачи электромагнитной волны. .

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в качестве облучателя зеркальных антенн радиотехнических станций различного назначения, в частности в антеннах радиорелейных и космических станций.

Изобретение относится к антенной технике. .

Изобретение относится к пассивной радиолокации и может использоваться в радионавигации и при проведении радиометрических исследований. .

Изобретение относится к антенной технике. .

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ- и КВЧ-диапазонов, в частности к конструкциям моноимпульсных антенн, и может быть использовано в радиолокационных системах с моноимпульсным методом пеленгации целей как самостоятельно, так и в качестве облучателей антенн апертурного типа в виде фазированных антенных решеток, зеркальных и линзовых антенн, обеспечивающих приемопередающий режим работы

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к широкополосным антеннам СВЧ-диапазона

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для расширения частотного диапазона и излучения пикосекундных сигналов рупорной антенной

Изобретение относится к области излучающих и/или принимающих антенн, в случае необходимости, типа решеток и, в частности, касается устройств преобразования для возбуждения ортогональных мод (или «преобразователей»), которыми оборудованы такие антенны

Изобретение относится к сверхширокополосным рупорным антеннам, работающим в непрерывном диапазоне ультравысоких частот (УВЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ)

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в беспроводных точках доступа

Изобретение относится к антенной технике, в частности к рупорным излучателям, входящим в состав антенн космического аппарата, а также к способам их изготовления, и к способам соединения деталей, охватывающих одна другую, с помощью клея, когда одна деталь изготовлена из композиционного материала, а другая из металла

Изобретение относится к антенной технике, в частности к слабонаправленным волноводным антеннам диапазонов сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот. Технический результат - улучшение диаграммы направленности. Слабонаправленная антенна содержит круглый металлический волновод, дополнена экраном в виде проводящего усеченного обратного конуса. На внешнюю поверхность экрана нанесено полимерное покрытие, параметры которого определяются условиями размещения антенны. Плоскость малого основания усеченного обратного конуса совпадает с плоскостью открытого конца волновода, большое же основание расположено сзади от открытого конца волновода. По оси проводящего усеченного обратного конуса выполнено отверстие для установки волновода. Диаметр этого отверстия равен внешнему диаметру волновода. Антенна проста в изготовлении, имеет ШДН0,3, близкую к 90°. Коническая форма антенны с плавно увеличивающимся назад от раскрыва поперечным размером позволяет удобно вписываться в аэродинамически выгодные или целесообразные с точки зрения компоновки, близкие к уголковым радиопрозрачные обтекатели ЛА или устанавливать антенну в открытом потоке. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - повышение КПД и разрешающей способности зеркально-рупорной антенны. Зеркально-рупорная антенна содержит планарное зеркало, выполненное в виде верхней, нижней и средней металлических пластин, установленных параллельно друг другу, и параболического цилиндра, который выполнен из металла и установлен между нижней и верхней пластинами и имеет с ними гальванический контакт, а его ось перпендикулярна плоскостям указанных пластин, средняя пластина имеет кромку, расположенную между параболическим цилиндром и его фокусом, причем зазор между кромкой и параболическим цилиндром имеет постоянную ширину; облучатель, установленный между нижней и средней пластинами и выполненный в виде, по крайней мере, одного возбудителя и стенки, выполненной из металла и установленной между нижней и средней пластинами перпендикулярно им, стенка установлена также перпендикулярно плоскости симметрии направляющей параболического цилиндра, верхняя и средняя пластины выполнены с прямолинейными кромками, перпендикулярными плоскости симметрии направляющей параболического цилиндра и расположенными на расстоянии от вершины направляющей параболического цилиндра, превышающем его фокусное расстояние; излучатель, выполненный в виде двух прямоугольных металлических пластин, кромки которых соединены с прямолинейными кромками верхней и средней пластин, причем плоскости прямоугольных пластин имеют линию пересечения, расположенную между верхней и средней пластинами. 9 з.п. ф-лы, 20 ил.

Группа изобретений относится к области антенной техники и может быть использована при изготовлении пирамидальных рупорных излучателей, применяемых в антеннах миллиметрового диапазона. Способ изготовления пирамидального рупорного излучателя заключается в формировании его из металлической прутковой заготовки. Сначала формируют внутреннюю часть раструба, воздействуя на торцевую поверхность заготовки пуансоном, рабочая часть которого имеет форму, по существу, четырехгранной пирамиды с размерами, соответствующими размерам внутренней части раструба. Затем электроэрозионной обработкой формируют внутреннюю часть волновода, образуя по центру заготовки сквозное прямоугольное отверстие. Затем механической обработкой формируют наружную часть раструба и наружную часть волновода. Пуансон, применяемый при осуществлении способа, выполнен с рабочей частью, имеющей форму четырехгранной пирамиды с верхним участком, имеющим две противолежащие грани, расположенные под большим углом к оси пирамиды, чем грани основного участка, составляющим от 0,22 до 0,28 от основного участка, имеющего размеры, соответствующие размерам внутренней части раструба. Группа изобретений позволяет упростить изготовление рупорного излучателя и повысить его технологичность, а также повысить точность соответствия рупорного излучателя требуемым параметрам, что, в свою очередь, повышает его радиотехнические характеристики. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх