Конусообразный рефлектор для линейного облучателя

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является увеличение коэффициента усиления без увеличения длины линейного облучателя. Для достижения указанного технического результата рефлектор содержит конусообразный отражатель, который выполнен с углом при его вершине 90° и исполнен многосекционным. Внутренняя поверхность секции при вершине выполнена в виде полого конуса, а внутренние поверхности остальных секций выполнены в виде конических элементов - полых и усеченных, с образующими их стенок конусов 45° относительно продольной оси. Каждая последующая секция в направлении от вершины конусообразного отражателя выполнена с большими площадями оснований конических элементов относительно предыдущих секций. Стенка в основании каждого конического элемента последующей секции соединена перемычкой со стенкой в основании конического элемента предыдущей секции. Перемычка выполнена в виде кольца и расположена под углом 90° к образующим конических элементов предыдущей и последующей секции. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области антенной техники.

Известна зеркальная антенна, содержащая отражатель и облучатель, в которой отражатель выполнен в виде конической поверхности вращения или ее сектора, а облучатель выполнен в виде линейной антенны, ориентированной вдоль оси отражателя и излучающей в направлении его внутренней поверхности конический фронт волны с образующей, наклоненной к оси системы под определенным углом, таким, что отраженный фронт волны в раскрыве преобразуется в плоский (Патент РФ на изобретение №2294037, H01Q 19/10, H01Q 15/14, опубл. 10.07.2006).

В этом устройстве усложнена конструкция линейного облучателя для формирования фронта волны с образующей, наклоненной к оси конического отражателя. Кроме того, при угле при вершине конического отражателя больше 90° увеличивается длина линейного облучателя, а если этот угол меньше 90°, то увеличиваются размеры отражателя вдоль его продольной оси. При угле, равном 90°, конец линейного облучателя расположен в плоскости раскрыва конического отражателя, а высота h конуса равна радиусу R его раскрыва. В любом случае не удается увеличить площадь раскрыва.

Широко известны рефлекторы, содержащие конический отражатель, предназначенный для расположения на его продольной оси линейного облучателя, при этом конический отражатель выполнен с углом при его вершине 90° (Патент США №3742512, H01Q 19/15, H01Q 19/10, опубл. 26.06.1973, Патент Великобритании №801886, H01Q 19/15, H01Q 19/10, опубл. 24.09.1958).

Ограничением известных устройств является то, что при необходимости увеличения площади S раскрыва конического отражателя для повышения коэффициента усиления нужно увеличивать его радиус, т.к. S=πR². Высота h конуса равна радиусу R его раскрыва. При этом вместе с радиусом R увеличивается высота h конического отражателя (или длина линейного облучателя). В любом случае при использовании «классического» конического отражателя с углом при вершине, равном 90°, не удается увеличить площадь S раскрыва.

Решаемая изобретением задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик.

Технический результат, который может быть получен при выполнении заявленного устройства, - повышение коэффициента усиления за счет увеличения площади раскрыва рефлектора для длины линейного облучателя, которая меньше радиуса раскрыва, и, таким образом, при прочих равных условиях уменьшение продольных габаритов рефлектора при увеличении коэффициента усиления.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата рефлектор содержит конусообразный отражатель, предназначенный для расположения на его продольной оси линейного облучателя, при этом конусообразный отражатель выполнен с углом при его вершине 90° и исполнен многосекционным, из секций, образующих сплошную внутреннюю поверхность, причем внутренняя поверхность секции при вершине выполнена в виде полого конуса, а внутренние поверхности остальных секций выполнены в виде конических элементов - полых и усеченных, с образующими их стенок конусов 45° относительно продольной оси конусообразного отражателя, каждая последующая секция от вершины конусообразного отражателя вдоль продольной оси выполнена с большими площадями оснований конических элементов относительно предыдущих секций, а стенка в основании каждого конического элемента последующей секции соединена перемычкой со стенкой в основании конического элемента предыдущей секции, перемычка выполнена в виде кольца и расположена под углом 90° к образующим конических элементов предыдущей и последующей секции.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- длина образующей стенки полого конуса и длины образующих стенок конических элементов были выбраны одинаковыми;

- ширина перемычки была выбрана удовлетворяющей соотношению t≈0,1λ₀, где λ₀ - центральная частота рабочего диапазона;

- конусообразный отражатель был выполнен из пластины в виде круга посредством ее гофрирования;

- конусообразный отражатель был выполнен из секторов, поверхности которых соответственно изогнуты, а боковые стороны соединены между собой;

- были введены обручи, а боковые стороны секторов соединены между собой посредством обручей, установленных на внешней поверхности конических элементов;

- перемычка была выполнена разъемной и снабжена элементом крепления;

- в вершине полого конуса было выполнено отверстие для установки линейного облучателя и подсоединения к нему фидера.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 схематично изображает продольное сечение заявленного устройства (его половину относительно продольной оси X);

фиг.2 - конструкцию устройства на фиг.1 (схематично), выполненную из связанных обручами секторов (продольное сечение);

фиг.3 - то же, что фиг.2, вид внутрь конусообразного отражателя;

фиг.4 - вариант соединения предыдущего и последующего конического элементов секций (масштаб увеличен), когда перемычка была выполнена разъемной и снабжена элементом крепления.

Рефлектор (фиг.1) содержит конусообразный отражатель 1, предназначенный для расположения на его продольной оси линейного облучателя 2. Конусообразный отражатель 1 выполнен с углом при его вершине 90° и исполнен многосекционным, из секций 3, образующих сплошную внутреннюю поверхность. Внутренняя поверхность секции 2 при вершине конусообразного отражателя 1 выполнена в виде полого конуса. Внутренние поверхности остальных секций 3 выполнены в виде конических элементов - полых и усеченных конусов, со стенками их образующими под углом 45° к продольной оси конусообразного отражателя 1. Каждая последующая секция 3 в направлении от вершины конусообразного отражателя 1 вдоль продольной оси выполнена с большими площадями оснований конических элементов относительно предыдущих секций 3. Стенка в основании каждого конического элемента последующей секции 3 соединена перемычкой 4 со стенкой в основании конического элемента предыдущей секции 3 (фиг.1, 2, 4). Перемычка 4 выполнена в виде кольца и расположена под углом 90° к образующим конических элементов предыдущей и последующей секции 3.

Для удобства изготовления длина l образующей полого конуса и конических элементов секций 3 выбрана одинаковой.

Для исключения влияния разности хода ширина t перемычки выбрана удовлетворяющей соотношению t≈0,1λ₀, где λ₀ - центральная частота рабочего диапазона.

Конусообразный отражатель 1 может быть выполнен из пластины в виде круга посредством ее гофрирования (не показано).

Конусообразный отражатель 1 может быть выполнен из секторов 5, поверхности которых соответственно изогнуты, а боковые стороны соединены между собой (фиг.3).

В конструкцию (фиг.2) могут быть введены обручи 6, а боковые стороны секторов 5 соединены между собой посредством обручей, установленных на внешней поверхности конических элементов.

В вершине полого конуса секции 3 (фиг.2, 3) выполнено отверстие 7 для установки линейного облучателя 2 и подсоединения к нему фидера.

В другом варианте конструкции перемычка 4 выполнена разъемной и снабжена элементом крепления 8 (фиг.4).

Работает устройство (фиг.1) следующим образом.

Например, решается задача улучшения технико-эксплуатационных характеристик рефлектора посредством построения конусообразного отражателя, способного работать как «классический» конический отражатель с углом при вершине 90°, у которого при этом будет выполнено условие h<R, в частности R ≈ 2h, где R - радиус раскрыва рефлектора, a h - его высота (или длина линейного облучателя 2), что сразу приводит к увеличению, как минимум на 6 дБ коэффициента усиления без увеличения высоты h рефлектора.

На фиг.1 схематично показан линейный облучатель (осесимметричный) длиной h, расположенный на продольной оси Х конусообразного отражателя 1. На фиг.1 также показано сечение в плоскости YOX поверхности, формирующей конусообразный отражатель 1. Эта поверхность «гофрирована» своеобразными «карманами». Каждая последующая секция 3 в направлении от вершины конусообразного отражателя 1 вдоль продольной оси выполнена с большими площадями оснований конических элементов относительно предыдущих секции 3. Стенка основания каждого конического элемента последующей секции 3 соединена перемычкой 4 со стенкой основания конического элемента предыдущей секции 3. Перемычка 4 выполнена в виде кольца и расположена под углом 90° к образующим конических элементов предыдущей и последующей секции 3. Ширина t перемычки: t<<λ₀(t≈0,1 λ₀).

Исполненные описанным выше образом «карманы» в совокупности позволяют увеличить значение R, не меняя значения h и не препятствуют (фиг.1) отражающей части поверхности, образующей конусообразный отражатель 1, выполнять свою роль:

изменять направление потока лучистой энергии в сторону раскрыва рефлектора параллельными лучами в одном пучке.

Конусообразный отражатель 1 может быть выполнен из пластины в виде круга посредством ее гофрирования (не показано). Гофрирование может быть осуществлено для относительно небольших апертур рефлектора, например, штамповкой.

Однако выполнить гофрированной поверхность конусообразного отражателя 1 для больших апертур проще из секторов 5 (отдельных пластин), поверхности которых соответственно изогнуты, а боковые стороны соединены между собой (фиг.3). В этом случае прямые углы в области соединения стенок конических элементов 3 с перемычкой 4 за счет изгиба пластин могут быть скруглены. На фиг.2 схематично показана в разрезе сборка секторов 5 с простым их креплением обручами 6, например, выполненных из латунных прутков. Отверстие 7 в вершине конусообразного отражателя 1 предусмотрено для ввода фидера, подводящего энергию ЭДС линейному облучателю 2, а в случае приема отводящего от антенны энергию на вход приемника.

В другом варианте исполнения конструкции перемычка 4 выполнена разъемной и снабжена элементом крепления 8 (фиг.4). В качестве элемента крепления 8 могут быть использованы замковые соединения, защелки, компаунды и т.п. Место разъема может быть расположено и с наружной поверхности конических элементов секций 3 в области контакта перемычки 4 с ними. В этом варианте конструкции она легко может быть собрана из отдельных конических колец по типу «складного туристического стакана». Конические кольца и полый конус в разобранном состоянии конусообразного отражателя 1 вставлены друг в друга, а при сборке они раздвигаются, образуя конусообразный отражатель 1, и затем конические элементы секций 3 фиксируются.

Наиболее успешно заявленный конусообразный рефлектор для линейного облучателя может быть промышленно применим при изготовлении зеркальных антенн.

1. Рефлектор, содержащий конусообразный отражатель, предназначенный для расположения на его продольной оси линейного облучателя, при этом конусообразный отражатель выполнен с углом при его вершине 90° и исполнен многосекционным, причем внутренняя поверхность секции при вершине конусообразного отражателя выполнена в виде полого конуса, а внутренние поверхности остальных секций выполнены в виде конических элементов - полых и усеченных, с образующими их стенок конусов 45° относительно продольной оси конусообразного отражателя, каждая последующая секция в направлении от вершины конусообразного отражателя вдоль продольной оси выполнена с большими площадями оснований конических элементов относительно предыдущих секций, а стенка в основании каждого конического элемента последующей секции соединена перемычкой со стенкой в основании конического элемента предыдущей секции, перемычка выполнена в виде кольца и расположена под углом 90° к образующим конических элементов предыдущей и последующей секции.

2. Рефлектор по п.1, отличающийся тем, что длина образующей стенки полого конуса и длины образующих стенок конических элементов выбраны одинаковыми.

3. Рефлектор по п.1, отличающийся тем, что ширина t перемычки выбрана удовлетворяющей соотношению t≈0,1 λ₀, где λ₀ - центральная частота рабочего диапазона.

4. Рефлектор по п.1, отличающийся тем, что конусообразный отражатель выполнен из пластины в виде круга посредством ее гофрирования.

5. Рефлектор по п.1, отличающийся тем, что конусообразный отражатель выполнен из секторов, поверхности которых соответственно изогнуты, а боковые стороны соединены между собой.

6. Рефлектор по п.5, отличающийся тем, что введены обручи, а боковые стороны секторов соединены между собой посредством обручей, установленных на внешней поверхности конических элементов.

7. Рефлектор по п.1, отличающийся тем, что перемычка выполнена разъемной и снабжена элементом крепления.

8. Рефлектор по п.1, отличающийся тем, что в вершине полого конуса выполнено отверстие для установки линейного облучателя и подсоединения к нему фидера.