Излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки повышенной диапазонности

Изобретение относится к антенной технике. Излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки содержит вибратор, согласующий трансформатор, токопроводящий рефлектор, соединитель и диэлектрические элементы. При этом диэлектрические элементы выполнены из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, размещены и жестко закреплены между концами вибратора и рефлектором. Устройство также содержит пассивный элемент и дополнительные диэлектрические элементы, выполненные из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, размещенные и жестко закрепленные между концами пассивного элемента и вибратором. Вибратор, согласующий трансформатор и пассивный элемент выполнены посредством технологии производства печатных плат, в виде участков металлизированного слоя на изоляционном основании печатной платы излучателя. Диэлектрические элементы выполнены в виде частей кронштейнов, а рефлектор выполнен либо прямолинейным, либо П-образным. Технический результат - расширение полосы рабочих частот. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокации, связи, при разработке фазированных антенных решеток.

Известен излучающий элемент дипольного типа (Патент США US 6008773, дата публикации 28.12.1999 г., МПК: H01Q 9/28). Согласно описанию, излучающий элемент состоит из дипольного излучателя, согласующего трансформатора, пассивного элемента для расширения рабочей полосы частот, выполненных с использованием технологии производства печатных плат, и рефлектора.

К недостаткам данной антенны можно отнести значительные линейные размеры в E-плоскости, достигающие 0,5 λ, где λ - длина волны в свободном пространстве.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой антенне является излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки, предназначенный для использования в составе фазированной антенной решетки, установленной в элементах конструкции летательного аппарата (Патент на полезную модель RU №117228, дата публикации 20.06.2012 г., МПК: H01Q 21/00), который выбран в качестве прототипа. Излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки содержит укороченный симметричный вибратор, согласующий трансформатор, токопроводящий рефлектор с установленными на нем перегородками, соединитель для подключения к выходу приемопередатчика, а также диэлектрические элементы, выполненные из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, размещенные и жестко закрепленные между концами вибратора и перегородками, установленными на поверхности рефлектора. Причем вибратор и согласующий трансформатор выполнены с использованием технологии производства печатных плат, в виде участков металлизированного слоя на изоляционном основании печатной платы.

Недостатком данного технического решения является относительно узкая полоса рабочих частот, свойственная укороченным излучающим элементам.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является расширение полосы рабочих частот излучающего элемента малогабаритной фазированной антенной решетки.

Технический результат достигается тем, что излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки повышенной диапазонности содержит вибратор, согласующий трансформатор, токопроводящий рефлектор, соединитель для подключения к выходу приемопередатчика, диэлектрические элементы, выполненные из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, размещенные между концами вибратора и рефлектором. При этом он отличается от прототипа тем, что дополнительно включает пассивный элемент и дополнительные диэлектрические элементы, выполненные из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, размещенные и жестко закрепленные между вибратором и концами пассивного элемента. Причем вибратор, пассивный элемент и согласующий трансформатор выполнены с использованием технологии производства печатных плат, в виде участков металлизированного слоя на изоляционном основании печатной платы.

При этом введенные в конструкцию излучателя дополнительные диэлектрические элементы могут быть выполнены либо как отдельные детали конструкции излучателя, либо могут являться частью конструкции кронштейнов из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, используемых для крепления печатной платы излучателя на поверхности рефлектора.

Причем рефлектор излучающего элемента может быть выполнен как прямолинейным, так и П-образным.

Сущность изобретения поясняется Фиг. 1-6.

На Фиг. 1 представлена конструкция излучающего элемента малогабаритной фазированной антенной решетки повышенной диапазонности, где:

1 - вибратор;

2 - согласующий трансформатор;

3 - пассивный элемент;

4 - рефлектор;

5 -диэлектрические элементы;

6 - печатная плата;

7 - соединитель;

8 - дополнительные диэлектрические элементы,

9 - крепежный элемент.

Излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки повышенной диапазонности содержит вибратор 1, согласующий трансформатор 2, пассивный элемент 3, рефлектор 4, диэлектрические элементы 5, размещенные на печатной плате 6, а также соединитель 7 и дополнительные диэлектрические элементы 8. При этом вибратор 1, согласующий трансформатор 2 и пассивный элемент 3 выполнены посредством технологии производства печатных плат, в виде участков металлизированного слоя на изоляционном основании печатной платы 6.

Посредством соединителя 7 излучающий элемент подключается к распределительной системе фазированной антенной решетки.

Дополнительные диэлектрические элементы 8 размещены и жестко закреплены между вибратором 1 и концами пассивного элемента 3. Дополнительные диэлектрические элементы 8 могут быть выполнены либо как отдельные детали конструкции излучателя, либо являться частью конструкции кронштейнов из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, используемых для крепления печатной платы излучателя на поверхности рефлектора 4.

Работа излучающего элемента малогабаритной фазированной антенной решетки повышенной диапазонности осуществляется следующим образом. В состав излучающего элемента входит укороченный симметричный вибратор 1 с частотой резонанса f1. Укорочение вибратора 1 осуществляется посредством расположенных вблизи его концов диэлектрических элементов 5, изготовленных из материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1. Питание вибратора высокочастотным сигналом осуществляется посредством согласующего трансформатора 2, подключенного через соединитель 7 к распределительной системе фазированной антенной решетки. На расстоянии примерно λ/100 (где λ - длина волны в свободном пространстве) от края вибратора установлен пассивный элемент 3 из токопроводящего материала. Между концами пассивного элемента 3 и вибратором 1 размещены и жестко закреплены дополнительные диэлектрические элементы 8, изготовленные из материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1. Расположение дополнительных диэлектрических элементов 8 в пространстве между концами пассивного элемента 3 и вибратором 1 вызывает повышение плотности электрического поля в близлежащем объеме и эквивалентно созданию сосредоточенных емкостей. Данные сосредоточенные емкости, соединяющие концы пассивного элемента 3 и излучающую часть вибратора 1 между ними, а также пассивный элемент 3, образуют резонансный контур для частоты f2.

На Фиг. 2 представлен график зависимости коэффициента отражения от частоты для прототипа и предложенной конструкции излучателя. Как видно из графика, наличие дополнительного резонанса на частоте f2 более высокой, чем частота резонанса вибратора f1, позволяет существенно расширить полосу рабочих частот антенны. Предложенная конструкция излучающего элемента малогабаритной фазированной антенной решетки повышенной диапазонности имеет полосу частот согласования по уровню 10 дБ - около 30%, то есть большую, чем у прототипа - около 10%, при тех же линейных размерах в Е-плоскости 0,165 λ, где λ - длина волны в свободном пространстве, что позволяет конструировать компактные малогабаритные фазированные антенные решетки из излучателей, обладающие значительно большим диапазоном рабочих частот.

На Фиг. 3 приведено распределение поверхностного тока в предложенной конструкции излучателя при питании высокочастотным сигналом с частотой f1.

На Фиг. 4 приведено распределение поверхностного тока в предложенной конструкции излучателя при питании высокочастотным сигналом с частотой f2. Условно изображенные стрелками на Фиг. 3 и 4 поверхностные токи, протекающие по проводящей поверхности излучающих элементов антенны, формируют электромагнитное поле антенны.

Практическое применение излучающего элемента малогабаритной фазированной антенной решетки повышенной диапазонности рассмотрим на примере излучателя малогабаритной фазированной антенной решетки дециметрового диапазона волн. На Фиг. 5 представлена конструкция излучающего элемента. Вибратор 1, пассивный элемент 3 и согласующий трансформатор 2 выполнены с использованием технологии производства печатных плат, в виде участков металлизированного слоя на изоляционном основании печатной платы 6. Роль диэлектрических элементов, использующихся для укорочения физической длины излучателя в Е-плоскости, выполняют расположенные между концами вибратора 1 и рефлектором 4 части конструкции кронштейнов 5 для установки печатной платы 6 на поверхности рефлектора 4. Роль дополнительных диэлектрических элементов, использующихся для расширения диапазонности излучателя, выполняют расположенные между концами пассивного элемента 3 и вибратором 1 части конструкции кронштейнов 5. Крепление печатной платы 6 на поверхности рефлектора 4 посредством кронштейна 5 осуществляется при помощи крепежных элементов 9 (например, винтов). К согласующему трансформатору 2 через соединитель 7 подключается распределительная система фазированной антенной решетки. Использование в качестве диэлектрических элементов и дополнительных диэлектрических элементов частей конструкции кронштейнов 5, изготовленных из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, позволяет упростить конструкцию в случае необходимости применения кронштейнов для придания жесткости конструкции, а также получить излучающий элемент с повышенной диапазонностью и малым линейным размером в Е-плоскости. Рефлектор 4 также может иметь прямолинейную форму, как показано на 6.

Таким образом, предложенная конструкция позволяет расширить полосу рабочих частот излучающего элемента малогабаритной фазированной антенной решетки.

1. Излучающий элемент малогабаритной фазированной антенной решетки повышенной диапазонности, содержащий вибратор, согласующий трансформатор, токопроводящий рефлектор, соединитель, диэлектрические элементы, выполненные из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, размещенные и жестко закрепленные между концами вибратора и рефлектором, отличающийся тем, что дополнительно включает пассивный элемент и дополнительные диэлектрические элементы, выполненные из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1, размещенные и жестко закрепленные между концами пассивного элемента и вибратором, при этом вибратор, согласующий трансформатор и пассивный элемент выполнены посредством технологии производства печатных плат, в виде участков металлизированного слоя на изоляционном основании печатной платы излучателя.

2. Излучающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрические элементы и дополнительные диэлектрические элементы выполнены в виде частей конструкции кронштейнов, изготовленных из радиопрозрачного материала с диэлектрической проницаемостью ξ>>1 и используемых для крепления печатной платы излучателя к поверхности рефлектора.

3. Излучающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что рефлектор выполнен прямолинейным.

4. Излучающий элемент по п. 1, отличающийся тем, что рефлектор выполнен П-образным.