Диэлектрический планарный излучатель

Авторы патента:

Гайнулина Екатерина Юрьевна (RU)

Орехов Юрий Иванович (RU)

Взятышев Виктор Феодосьевич (RU)

Родионов Алексей Вячеславович (RU)

H01Q13/00 - Волноводные рупоры или раструбы; щелевые антенны; волноводно-щелевые антенны; эквивалентные конструкции, вызывающие излучение вдоль пути распространения направленной волны (многомодовые антенны H01Q 25/04)

Владельцы патента RU 2515700:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. С.Е. Седакова" (RU)

Изобретение относится к антенной технике микроволнового диапазона, может быть использовано в зондирующих устройствах радиолокационного диагностического оборудования и предназначено для формирования волновых пучков излучения, обеспечивающих различную степень локализации облучения объекта диагностики, расположенного в ближней и промежуточной зонах излучателя. Технический результат - возможность формирования излучения одномерного волнового пучка гауссового типа. Излучатель содержит возбуждающий диэлектрический волновод и диэлектрическую пластину, одна из граней которой является излучающей апертурой, возбуждающий волновод выполнен в виде симметричного делителя на диэлектрических волноводах, а размещенная между волноводами делителя диэлектрическая пластина выполнена в форме симметричного плоского клина, вдоль граней которого расположены диэлектрические волноводы делителя, Пластина выполнена в виде усеченного со стороны его вершины плоского клина, при этом расстояние от усеченной грани клина до точки разветвления возбуждающих клин волноводов делителя выбирается кратным нечетному числу полуволн излучения. Диэлектрические волноводы делителя, размещенные вдоль боковых граней клина, выполнены с плавно уменьшающимися или увеличивающимися по мере приближения к излучающему торцу клина сечением. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

lin0

Известны диэлектрические планарные излучатели, в которых возбуждение диэлектрической пластины, одна из граней которой является излучающей апертурой, обеспечивается за счет распределенной связи пластины по одной из ее граней с возбуждающим волноводом.

Так, известна диэлектрическая планарная антенна, выполненная из диэлектрической пластины, одна из граней которой возбуждается системой щелей в боковой стенке металлического волновода [1]. В такой антенне возможно формирование на ее апертуре заданного амплитудно-фазового распределения (АФР) полей. Однако излучение токов, наведенных на поверхности металлического возбуждающего волновода, существенно искажает АФР на апертуре антенны.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является диэлектрический планарный излучатель [2], выбранный за прототип. Излучатель выполнен из диэлектрической пластины и возбуждающего диэлектрического волновода, расположенного вдоль одной из граней пластины.

Недостатками такого излучателя является ограниченные возможности формирования требуемых АФР полей на апертуре и их оптимизации для формирования слаборасходящихся или слабосходящихся волновых пучков (ВП) гауссова типа, необходимых для локализованного облучения объектов на расстояниях от излучателя в пределах (0…30)λ, где λ - длина волны излучения.

Эти ограничения связаны с возможностью изменения только одного параметра прототипа - величины распределенной связи возбуждающего волновода и пластины, что не обеспечивает в полной мере формирования требуемых АФР на апертуре излучателя.

Техническим результатом предложенного изобретения является возможность формирования излучения одномерного волнового пучка гауссового типа с требуемыми амплитудным и фазовым распределением для локального облучения объектов на расстояниях до десятков длин волн.

Технический результат достигается тем, что в диэлектрическом планарном излучателе, содержащем возбуждающий диэлектрический волновод и диэлектрическую пластину, одна из граней которой является излучающей апертурой, возбуждающий волновод выполнен в виде симметричного делителя на диэлектрических волноводах (ДВ), а размещенная между волноводами делителя диэлектрическая пластина выполнена в форме симметричного плоского клина, вдоль граней которого расположены диэлектрические волноводы делителя, а угол между гранями при вершине клина равен 2Θ, где Θ=arccos(U_в/U_п), где U_в - коэффициент замедления волн в диэлектрических волноводах делителя, U_п - коэффициент замедления планарных волн в диэлектрической пластине.

Диэлектрическая пластина излучателя выполнена в виде усеченного со стороны его вершины плоского клина, при этом расстояние от усеченной грани клина до точки разветвления возбуждающих клин волноводов делителя выбирается кратным нечетному числу полуволн излучения.

Диэлектрические волноводы делителя, размещенные вдоль боковых граней клина, выполнены с плавно уменьшающимся или увеличивающимся сечением по мере приближения к излучающему торцу клина.

На фиг.1 представлен диэлектрический планарный излучатель, возбуждающее устройство которого выполнено в виде диэлектрического делителя, состоящего из диэлектрического волновода 1, симметричного разветвления (делителя) 2 на два отрезка волноводов 3 и 4 в одной плоскости, расположенной между ними диэлектрической пластины 5 в виде симметричного плоского клина с углом при вершине 2Θ и излучающей гранью 6, являющейся апертурой излучателя.

Па фиг.2 представлен видоизмененный диэлектрический планарный излучатель, в котором диэлектрическая пластина 5 выполнена в виде усеченного со стороны его вершины плоского клина. Расстояние Z от усеченной грани до точки разветвления возбуждающих клин волноводов 3 и 4 делителя 2 выбирается кратным нечетному числу полуволн излучения.

На фиг.3 представлен видоизмененный диэлектрический планарный излучатель, в котором диэлектрические волноводы 3 и 4 выполнены с плавно уменьшающимся поперечным сечением по мере приближения к излучающей грани 6 пластины 5.

На фиг.4 представлен видоизмененный диэлектрический планарный излучатель, в котором диэлектрические волноводы 3 и 4 выполнены с плавно увеличивающимся поперечным сечением по мере приближения к излучающей грани 6 клина 5.

Диэлектрический планарный излучатель работает следующим образом. Рабочая основная волна НЕ₁₁ во входном ДВ1 делителя 2 (фиг.1) возбуждает в выходных ДВ 3 и 4 симметричного делителя 2 волны ДВ того же типа с одинаковыми амплитудами и фазами. На участках распределенной связи ДВ 3 и 4 с пластиной каждый ДВ возбуждает в пластине 5 планарные волны, которые на апертуре (грань 6 пластины 5) формируют волновые пучки ВП1 и ВП2, угол распространения Θ которых по отношению к плоскости возбуждаемой грани пластины определяется коэффициентами замедления рабочих волн волноводов 3 и 4 (U_в) и планарных волн пластины 5 (U_п) через соотношение Θ=arccos(U_в/U_п).

Соотношение коэффициентов замедлений U_в/U_п выбрано таким образом, чтобы волновые пучки ВП1 и ВП2 в пластине и далее при излучении в свободное пространство через грань 6 пластины были коллинеарны плоскости симметрии пластины. Благодаря этому в одной плоскости формируется излучение с амплитудным распределением, близким к гауссову, и с фазовым распределением, близким к синфазному.

Ширина излучаемого в этой плоскости волнового пучка d, определяемая по уровню 1/е, где константа е=2,71828, пропорциональная размеру L грани 6 пластины (фиг.1), определяется известной зависимостью [3].

Для уменьшения паразитного излучения на нерегулярности, образуемой разветвлением делителя 2 (фиг.2), и для обеспечения возможности влияния на ЛФР излучаемого волнового пучка в центральной части апертуры клин выполнен с усеченной гранью, противоположной излучающей грани клина 6, причем размер Z определяется соотношением Z=nλ/2, где n=1, 3, 5…, λ - длина волны излучения.

В диэлектрическом планарном излучателе с целью достижения дополнительной фокусировки или расфокусировки волновых пучков ВП1 и ВП2 на излучающей грани пластины участки диэлектрических волноводов 3 и 4, по мере приближения к излучающей грани 6 клина 5 выполнены с плавно уменьшающимся (фиг.3) или увеличивающимся (фиг.4) поперечным сечением. Это обеспечивает соответственно уменьшение или увеличение коэффициентов замедления волн U_в в ДВ 3 и 4 и в соответствии с соотношением Θ=arccos(U_в/U_п), увеличивает или уменьшает угол излучения, что приводит к эффекту увеличения сходимости или расходимости пучков ВП1 и ВП2.

Были изготовлены и экспериментально проверены образцы диэлектрического планарного излучателя со следующими параметрами.

1. Подводящий ДВ1 делителя 2 (фиг.1) сечением 1,0×2,2 мм².Сечение волноводов 3,4 выбрано равным 0,5×2,2 мм.

Угол 2Θ в вершине клина 5 равен 30°, толщина клина 5 равна 0,5 мм, размер излучающей грани 6 клина равен 18,8 мм.

Материал диэлектрического клина и волноводов - фторопласт-4 (ε=2,08). Длина волны λ - 3 мм.

2. Диэлектрический излучатель с усеченным клином (фиг.2). Параметры излучателя такие же, как у первого образца.

Расстояние Z=7,5 мм.

Экспериментальные АФР изготовленных образцов излучателей подтвердили гауссов характер излучения на расстояниях от 3 до 100 мм (1-33)λ. Ширина пучка на этих расстояниях меняется от 8 до 13 мм. Для второго образца получено практическое совпадение экспериментального амплитудного распределения с гауссовым распределением в пределах ширины пучка и снижение уровня боковых лепестков по сравнению с первым образцом.

Литература

1. А.С. №74660, 21а, 46₀₁. Брауде Б.В. Диэлектрическая плоскостная антенна.

2. А.С. №778626, H012Q 13/28. Взятышев В.Ф., Подковырин СИ. и Соловьев А.А. Диэлектрическая планарная антенна (прототип).

3. Патент RU 2447552С1, H01Q 21/00. Взятышев В.Ф., Гайнулина Е.Ю., Орехов Ю.И., Макарычев Н.А. Планарный излучатель.

1. Диэлектрический планарный излучатель, содержащий возбуждающий диэлектрический волновод и диэлектрическую пластину, одна из граней которой является излучающей апертурой, отличающийся тем, что возбуждающий волновод выполнен в виде симметричного делителя на диэлектрических волноводах, а размещенная между волноводами делителя диэлектрическая пластина выполнена в форме симметричного плоского клина, вдоль граней которого расположены диэлектрические волноводы делителя, а угол между гранями при вершине клина равен 2Θ, где Θ определяется соотношением Θ=arccos(U_в/U_п), где U_в - коэффициент замедления волн в диэлектрических волноводах делителя, U_п - коэффициент замедления планарных волн в диэлектрической пластине.

2. Диэлектрический планарный излучатель по п.1, отличающийся тем, что пластина выполнена в виде усеченного со стороны его вершины плоского клина, при этом расстояние от усеченной грани клина до точки разветвления возбуждающих клин волноводов делителя выбирается кратным нечетному числу полуволн излучения.

3. Диэлектрический планарный излучатель по п.1 или по п.2, отличающийся тем, что диэлектрические волноводы делителя, размещенные вдоль боковых граней клина, выполнены с плавно уменьшающимся или увеличивающимся по мере приближения к излучающему торцу клина сечением.

Изобретение относится к области нанесения на подложки металлических покрытий, а именно к нанесению электропроводящего слоя на полимерную или бумажную подложку при изготовлении антенн, работающих в диапазоне ультравысокой частоты.

Щелевая полосковая антенна вытекающей волны с круговой поляризацией // 2504055

Изобретение относится к антенной технике и может быть применено для приема сигналов Глобальных навигационных спутниковых систем, включая ГЛОНАСС, GPS, GALILEO и OmniSTAR. Технический результат - улучшение технических характеристик антенны, а именно: уменьшение коэффициента эллиптичности, увеличение подавления кросс-поляризации и расширение рабочего диапазона частот.

Рупорный излучатель и способ его изготовления // 2503101

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.

Линзовая антенна с электронным сканированием луча // 2494506

Предложена линзовая антенна для применения в системах радиорелейной связи с большим коэффициентом направленного действия, обладающая способностью к электронному управлению основным лучом диаграммы направленности за счет переключения между рупорными антенными элементами, расположенными па плоской фокальной поверхности линзы.

Малогабаритная широкополосная волноводно-рупорная антенна и конструкция антенной решетки на ее базе // 2487447

Изобретение относится к радиолокации, в частности к волноводно-рупорным антенным элементам, используемым в зеркальных антеннах и антенных решетах (АР). .

Диэлектрический конический излучатель // 2485644

Изобретение относится к антенной технике микроволнового диапазона и может быть использовано в зондирующих устройствах диагностического оборудования при размерах объекта диагностики и диапазоне его перемещений в ближней и промежуточной области (область дифракции Френеля).

Передающий антенный модуль // 2484562

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к активным антенным модулям. .

Многодиапазонная антенна круговой поляризации с метаматериалом // 2480870

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве самостоятельной приемной, передающей или приемо-передающей многочастотной антенны или элемента фазированной антенной решетки.

Волноводно-щелевая антенна бородина // 2476963

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот (СВЧ), а именно к волноводно-щелевым линейным антеннам и решеткам из них со сканированием луча в поперечной к линейкам плоскости, и может быть использовано в радиотехнических системах, в том числе системах управления воздушным движением, связи, радиолокации, радионавигации, базирующихся как на неподвижных, так и на подвижных объектах.

Рупорная антенна // 2459327

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано для построения широконаправленных в горизонтальной плоскости антенн СМ и ММ диапазонов волн для РТ станций, работающих в угломестных секторах от 0° до +50°÷60° и более в любом азимутальном направлении.

Плазменная вибраторная антенна с ионизацией поверхностной волной // 2544806

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для приема и передачи радиосигналов. Технический результат заключается в повышении надежности конструкции, снижении необходимой мощности ВЧ передатчика и расширении используемого диапазона частот. Плазменная вибраторная антенна содержит безэлектродную газоразрядную трубку, размещенную в фидерном тракте, экран и передающее устройство, при этом в фидерном тракте установлен поршень с возможностью изменения положения, экран размещен на торце фидерного тракта, а передающее устройство подсоединено к фидерному тракту посредством тройника. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Антенна вытекающей волны // 2553059

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот, а именно к линейным антеннам вытекающей волны на основе круглого волновода с заполнением и решеткам из них, и может быть использовано в радиотехнических системах, в том числе системах управления воздушным движением, связи, радиолокации, радионавигации, базирующихся как на неподвижных, так и на подвижных объектах, включая летательные аппараты. Технический результат - осуществление электронного управления максимумом диаграммы направленности антенны вытекающей волны на основе круглого волновода с продольной щелью. Для этого антенна вытекающей волны содержит круглый, заполненный диэлектриком волновод с продольной щелью, симметрично суживающейся от центра к краям, поглощающую нагрузку, размещенную непосредственно у короткозамкнутого конца волновода, кольцевые разомкнутые электроды, тонкие по сравнению с рабочей длиной волны, размещенные внутри волновода на равных расстояниях друг от друга, отделенные от него диэлектрической пленкой, разрез каждого из кольцевых разомкнутых электродов выполнен в районе расположения продольной щели. Кольцевые разомкнутые электроды посредством шин питания, тонких по сравнению с рабочей длиной волны, изолированных от волновода, подключены к внешнему источнику постоянного напряжения. В качестве диэлектрика, заполняющего волновод, использован материал, обладающий сегнетоэлектрическим эффектом, изменяющий диэлектрическую проницаемость под воздействием приложенного напряжения. 9 ил.

Широкополосная антенна на отрезках длинных линий со стуктурной неоднородностью // 2558619

Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкодиапазонным антеннам вертикальной поляризации. Технический результат состоит в том, чтобы получить достаточно широкую полосу рабочих частот и равномерное значение коэффициента стоячей волны (КСВ), которые увеличиваются с ростом рабочей частоты более, чем октава. Для этого широкополосная антенна на отрезках длинных линий со структурной неоднородностью состоит из металлического полого цилиндра 4, металлической перемычки 5, металлического Т-образного стержня 6 и металлического полого цилиндра 3 большого диаметра. При этом коаксиальный кабель 1 центральной жилой 2 взаимодействует с металлическим полым цилиндром 4, а внешней оплеткой 7 взаимодействует с металлическим Т-образным стержнем 6 в месте пересечения продольной и поперечной частей. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля // 2559755

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в приемо-передающих устройствах. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот, улучшение диаграммы направленности, упрощение конструкции и уменьшение размеров антенны. Для этого устройство состоит из высокочастотного соединителя, излучающего коаксиального кабеля, оплетки из металлических проводников, металлического кольца, двух резисторов нагрузки, центрального проводника, размещенного соосно внутри оплетки излучающего коаксиального кабеля, защитной изолирующей оболочки. Формирование электромагнитной шумовой помехи осуществляется посредством имеющихся в оплетке излучающего коаксиального кабеля множества нерезонансных волноводных элементов антенны, равномерно распределенных по всей поверхности излучающего коаксиального кабеля, вызывающих излучение вдоль пути распространения направленной волны шумового сигнала. Антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля излучает широкополосную шумовую помеху и может быть использовано как составная часть системы радиоэлектронного подавления и противодействия для защиты информации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Волноводно-щелевая антенна // 2566644

Использование: для изготовления волноводно-щелевых антенн. Сущность изобретения заключается в том, что волноводно-щелевая антенна состоит из отрезка прямоугольного волновода, в одной из узких стенок которого выполнены наклонные щели и дополнительные щели, причем каждой из наклонных щелей соответствуют две дополнительные щели, которые расположены к ней под прямым углом и по разные стороны, при этом каждый из концов наклонной щели совпадает с концом дополнительной щели. Технический результат: обеспечение возможности упрощения конструкции при одновременном сохранении ее технических характеристик. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Конструкция согласующей гребневой секции волноводно-микрополоскового перехода // 2579549

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике. Конструкция содержит волноводно-микрополосковый переход, в котором согласующий элемент выполнен в виде гребнеобразной конструкции со ступеньками различной высоты. Соединение с корпусом выполнено запрессовкой гребней в сквозные пазы и опаиванием овального буртика гребня по периметру. Установка гребней выполняется после того, как выполнена внутренняя конфигурация корпуса сложной формы. Съемный гребень позволяет менять форму и размеры ступеней, не проводя изменений в размерах корпуса. Гребни имеют сужение в виде симметричных плоских или клиновидных срезов в области контакта с микрополосковой линией. Контакт гребней и проводника обеспечивается с помощью соответствующей перемычки. Технический результат - уменьшение габаритных размеров перехода от волновода к микрополоскому проводнику. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Волноводно-щелевая антенная решетка // 2583341

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к волноводно-щелевым антеннам. Волноводно-щелевая антенная решетка состоит из образующих решетку линеек. Каждая линейка заканчивается боковым волноводно-коаксиальным переходом, который возбуждает полуволновую поперечную щель в узкой стенке линейки, для чего на стержне волноводно-коаксиального перехода перед щелью установлен штырь. При этом волновод выполнен прямоугольным. Прямоугольная поперечная щель выполнена на конце волновода. При работе волновод разделяет подведенную мощность на ответвленную, проходящую и отраженную, а фаза излученной оконченным излучателем волны определяется длиной пути волноводной волны от предпоследней щели до излучателя с учетом длины волны в волноводно-коаксиальном переходе. Технический результат - увеличение коэффициента полезного действия, коэффициента усиления антенны. 3 ил.

Многоканальный радарный уровнемер // 2584917

Устройство относится к измерителям уровня наполнителя в резервуарах, емкостях и т.д., вВ частности, к радарному детектированию параметров процесса, связанных с расстоянием до поверхности содержимого в резервуаре с помощью электромагнитных волн. Многоканальный радарный уровнемер содержит первый и второй функционально независимые блоки электрических схем, которые имеют приемопередающую схему и обрабатывающую схему. Уровнемер содержит передающий линейный зонд, соединенный с указанными блоками электрических схем. Указанный передающий линейный зонд проходит вглубь содержимого резервуара и обеспечивает возможность распространения первой и второй мод передачи. Устройство также содержит фидерный блок, подключенный для подачи в зонд электромагнитных сигналов первой и второй моды распространения. Технический результат заключается в разработке уровнемера с несколькими функционально независимыми каналами, использующего передающий линейный зонд, обеспечивающий большую надежность показаний. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Волноводно-щелевая антенная решетка (варианты) // 2593914

Изобретение относится к антеннам сверхвысоких частот. Особенностью заявленных волноводно-щелевых антенных решеток является то, что в общей схеме волноводно-щелевой антенной решетки в вертикальной плоскости фазовое распределение вычисляется методом перебора для кроссполяризационного излучения по критерию минимума максимального уровня кроссполяризационных лепестков, которое осуществляется раскладкой противофазных волноводных линеек, разворотом на 180° волноводно-коаксиальных переходов или вводится в фазовое сканирование луча на основной поляризации при наличии фазовращателей в схеме антенны. Техническим результатом является повышение помехозащищенности радиолокационной станции. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

Многочастотная микрополосковая антенна // 2601215

Изобретение относится к радиотехнике. Особенностью заявленной многочастотной микрополосковой антенны является то, что планарный антенный элемент выполнен с двумя выступами прямоугольной формы, не пересекающимися с кольцевым антенным элементом, кольцевой антенный элемент имеет два разрыва, расположенных ортогонально выступам, средство питания выполнено в виде коаксиального зонда, который имеет электрический контакт с топологией планарного антенного элемента на удалении 0,38-0,42 (W/2), где W - размер топологии планарного антенного элемента, от его геометрического центра на оси, повернутой относительно одного из выступов на угол, равный 45° по или против часовой стрелки, а ширина разрывов выполнена в пределах от 0,3w до 1,5w, где w - ширина кольцевого антенного элемента. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение технологичности производства малогабаритной микрополосковой антенны, работающей в широкополосном и двухдиапазонном режимах. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.