Широкополосная резонаторная антенна
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенно-фидерным устройствам. Широкополосная резонаторная антенна, включающая в себя первый объемный резонатор с частично прозрачной стенкой и второй объемный резонатор с отверстиями связи, при этом второй резонатор установлен внутри первого резонатора. Дополнительно содержит устройство поворота второго резонатора вокруг своей оси (УП), датчик и объемную диэлектрическую опору, расположенную в первом объемном резонаторе. УП представляет собой резьбовое соединение первого и второго объемных резонаторов. Датчик выполнен в виде рамки либо несимметричного электрического диполя, расположенного во внутренней области первого объемного резонатора. Диэлектрическая опора представляет собой полый усеченный конус, расположенный во внутренней области первого объемного резонатора Технический результат заключается в повышении механической прочности антенны, обеспечении регулировки согласования антенны с фидером, обеспечении контроля излучаемых антенной сигналов, не зависимого от влияния метеорологических факторов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенно-фидерным устройствам. Предложенная новая резонаторная антенна обеспечивает широкую полосу согласования с фидером, имеет встроенный датчик контроля для обеспечения непрерывного допускового контроля амплитудно-фазовых характеристик излучаемых сигналов. Антенна обладает высокой механической прочностью и устойчивостью к внешним воздействиям. Предложенную антенну можно использовать как в качестве самостоятельной приемо-передающей антенны, так и в качестве излучающего элемента пространственной антенной решетки для спутниковой, самолетной и наземной связи, для радиотехнических систем различного назначения.
Уровень техники
Во многих радиотехнических системах, таких как радиолокация, радионавигация, в спутниковой связи др., необходимо постоянно осуществлять допусковый контроль излучаемых сигналов, т.е. отслеживать возможные изменения их амплитудно-фазовых характеристик. Поэтому антенная техника, используемая в таких системах, должна иметь устройства контроля (датчики контроля).
Известна антенна, имеющая датчик контроля (Andrew Alford, US patent 4,107,688). Упомянутая антенна предложена в качестве излучающего элемента антенной решетки курсового радиомаяка инструментальной системы посадки ILS (Instrumental Landing System). Антенна представляет собой рамку с V-образным рефлектором.
Другим вариантом антенны является симметричный полуволновый диполь. Датчик контроля выполнен в виде рамки, размещенной в непосредственной близости диполя. Существенным недостатком этой антенны является то, что датчик расположен во внешней области антенны, в так называемой ближней (реактивной) зоне. При воздействии метеорологических факторов (снегопад, ливень и др.) на антенну с вынесенным датчиком изменяются как характеристики антенны, так и характеристики датчика. В результате возникают погрешности в измерении амплитуды и фазы излучаемых сигналов.
Авторы считают целесообразным применять в упомянутых выше системах антенны, установка датчиков на которые позволит отделить их (датчики) от окружающего пространства, и как следствие, обеспечить независимость показаний датчиков от погодных условий. Это возможно осуществить, используя, например, резонаторные антенны с частично прозрачной стенкой.
Известна первая резонаторная антенна закрытого типа (G.von Trentini. Partially Reflecting Sheet Arrays. IRE Transactionson Antennas and Propagation. - 1956, October. - AP-4. pp. 666-671).Она имеет вид призматического металлического короба, причем одна стенка короба не металлизирована. На стенке короба, противолежащей неметаллизированной стенке, выполнена щель. К стенке со щелью подсоединен прямоугольный волновод, при этом щель расположена в центре торца волновода. Неметаллизированная стенка короба закрыта частично прозрачной пластиной из высокочастотного диэлектрика или из искусственного диэлектрика. Пластина из искусственного диэлектрика при этом представляет собой сетку из параллельных друг другу и вектору напряженности электрического поля металлических проволок или металлических лент либо диэлектрическую (например, полистироловую) пластину с приклеенными к ней медными дисками. Указанная антенна имеет следующие недостатки:
- узкая полоса согласования антенны с фидером;
- большой уровень бокового излучения;
- велики размеры антенны в направлении оси волновода;
- антенна не содержит датчика контроля;
- в антенне отсутствуют устройства для настройки ее согласования с фидером.
Известна вторая резонаторная антенна (Н.И. Войтович, В.А. Бухарин, А.В. Ершов, Н.Н. Репин. Патент РФ №2357337), в которой отсутствуют недостатки первой антенны. Она состоит из первого объемного резонатора, второго объемного резонатора и фидера. Первый объемный резонатор содержит первую пластину, цилиндрическую объемную ячейку, вторую пластину с выполненными на ней излучающими отверстиями. Второй резонатор выполнен в виде коаксиального резонатора с открытыми торцами; на внешнем проводнике коаксиального резонатора выполнены щели, внешний и внутренний проводники коаксиального резонатора соединены между собой короткозамыкателем. Второй резонатор соединен с фидером.
Известная вторая антенна обеспечивает полосу частот согласования с фидером 3% от средней частоты на уровне коэффициента стоячей волны по напряжению (далее, КСВН) менее 1,15, обладает простотой конструкции, обусловленной отсутствием громоздкого, разветвленного фидерного тракта, состоящего из делителей мощности, линий передачи электромагнитной энергии, переходов и других устройств СВЧ. В указанной резонаторной антенне роль делителя мощности выполняет непосредственно резонатор, а роль излучающей апертуры - внешняя поверхность одной из его стенок, выполненная в виде частично прозрачной пластины. В качестве возбудителя электромагнитных колебаний использован также полый резонатор на основе коаксиальной линии передачи, на внешнем проводнике которого выполнены отверстия связи. Антенна отличается низким уровнем бокового излучения в плоскости, вектора Н, высоким коэффициентом использования апертуры, низкой собственной шумовой температурой, симметричной диаграммой направленности, низким уровнем кроссполяризационного излучения, малым весом.
Известная вторая антенна имеет следующие недостатки:
- антенна не содержит датчика контроля;
- недостаточная жесткость конструкции антенны при ее реализации в дециметровом и метровом диапазонах волн и, как следствие, зависимость ее характеристик от деформаций, вызванных ветровой нагрузкой и другими факторами;
- отсутствие регулировочных элементов для компенсации влияния погрешностей изготовления на параметры антенны.
В предложенной антенне, как это будет видно из последующего описания, устранены отмеченные недостатки благодаря введению в состав известной второй антенны дополнительных устройств: датчика контроля, диэлектрической опоры и устройства поворота возбудителя вокруг его оси.
Вторая известная резонаторная антенна принята авторами в качестве прототипа настоящего изобретения.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является обеспечение допускового контроля сигналов, излучаемых резонаторной антенной. Другой целью изобретения является обеспечение антенны элементами для регулировки согласования антенны с фидером и коэффициента передачи антенна-датчик контроля. Другой целью является обеспечение механической жесткости резонаторной антенны.
Поставленные цели достигаются тем, что в плоской резонаторной антенне, содержащей первый и второй объемные резонаторы, датчик контроля и диэлектрическую опору, причем первый объемный резонатор состоит из первой пластины, объемной ячейки и второй пластины с выполненными на ней отверстиями; второй объемный резонатор выполнен в виде коаксиального резонатора с разомкнутыми концами; на внешнем проводнике коаксиального резонатора выполнены щели, внешний и внутренний проводники коаксиального резонатора соединены между собой короткозамыкателем; коаксиальный резонатор посредством устройства поворота может быть повернут вокруг продольной оси; датчик контроля выполнен в виде электрического диполя или рамки, расположен во внутренней области первого объемного резонатора; диэлектрическая опора расположена во внутренней области первого объемного резонатора и соединена с первой и второй пластинами.
Конструктивное выполнение антенны так, как указано выше, позволило решить следующие задачи:
- обеспечить связь с антенной для выполнения допускового контроля сигналов, излучаемых антенной;
- обеспечить регулировку согласования антенны с фидером (КСВН в фидере) и коэффициента передачи антенна-датчик контроля;
- обеспечить стабильность параметров антенны при работе в условиях внешних механических и метеорологических воздействий;
- обеспечит высокую механическую жесткость и прочность конструкции антенны.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена в изометрии резонаторная антенна в соответствии с настоящим изобретением в разобранном виде.
На фиг. 2 приведена расчетная пространственная амплитудная диаграмма направленности антенны.
На фиг. 3 приведена расчетная зависимость КСВН от частоты.
На фиг. 4 приведена зависимость коэффициента передачи антенна-датчик контроля от частоты.
На фиг. 5 представлен в изометрии датчик контроля в виде рамки.
На фиг. 6 представлен в изометрии экспериментальный образец антенны в собранном виде.
На фиг. 7 представлен в изометрии экспериментальный образец возбудителя, включающего в себя коаксиальный резонатор и участок жесткого фидера.
На фиг. 8 представлен в изометрии экспериментальный образец устройства поворота коаксиального резонатора вокруг его продольной оси.
На фиг. 9 представлен в изометрии экспериментальный образец датчика контроля, включающий в себя несимметричный электрический диполь, внешний проводник коаксиальной линии в виде втулки, соединитель радиочастотный и кожух.
На фиг. 10 приведены экспериментальные зависимости КСВН от частоты при различных высотах первого объемного резонатора.
На фиг. 11 приведена регулировочная прямая резонаторной антенны.
На фиг. 12 приведена зависимость КСВН от частоты экспериментального образца антенны при использовании стержней из полиамида ПА6 в качестве диэлектрической опоры.
Осуществление изобретения
Первый вариант выполнения антенны
Обратимся к фиг.1, на которой представлена в изометрии резонаторная антенна (далее, антенна) в соответствии с настоящим изобретением в разобранном виде. Антенна состоит из первого объемного резонатора 1, второго объемного резонатора 2, участка жесткого фидера 3, устройства поворота 4 второго объемного резонатора 2 вокруг продольной оси (далее, устройство поворота), датчика контроля 5 и диэлектрической опоры 6. Первый объемный резонатор 1 состоит из первой пластины 7, объемной ячейки 8, второй пластины 9, на которой выполнены отверстия 10. Первая 7, вторая 9 пластины и объемная ячейка 8 выполнены из материала с хорошей электропроводностью и имеют гальванический контакт между собой. Соединение осуществляется с помощью заклепок (на фиг. не показаны). Также может использоваться сварка, пайка, склеивание токопроводящим клеем или другой способ, обеспечивающий гальванический контакт.
Второй объемный резонатор 2 представляет собой коаксиальный резонатор. Упомянутый резонатор 2 состоит из внешнего проводника 11 и центрального проводника 12. На внешнем проводнике 11 выполнены две противоположно лежащие щели 13. Щели имеют длину, предпочтительно равную половине длины волны. Ширина щелей примерно равна 1/40…1/20 длины волны. Внешний 11 и центральный 12 проводники имеют гальванический контакт друг с другом, который обеспечивается короткозамыкателем 14. Короткозамыкатель 14 располагается относительно центра щели на расстоянии, равном примерно 1/8 длины волны. Здесь имеется в виду длина волны на средней частоте рабочего диапазона антенны. Участок жесткого фидера 3 представляет собой отрезок коаксиальной линии передачи. Упомянутый участок жесткого фидера 3 состоит из внешнего проводника 15 и центрального проводника 16. Внешний проводник 15 участка жесткого фидера 3 имеет гальванический контакт с внешним проводником 11 коаксиального резонатора 2. Центральный проводник 16 участка жесткого фидера 3 имеет гальванический контакт с центральным проводником 12 коаксиального резонатора 2. На внешнем проводнике 15 участка жесткого фидера 3 выполнена наружная резьба 17, обеспечивающая возможность поворота коаксиального резонатора вокруг продольной оси. Устройство поворота 4 состоит из пластины 18 с резьбовым отверстием 19. Устройство поворота 4 расположено на первой объемной ячейке 8 первого объемного резонатора 1. Поворотом второго объемного резонатора 2 вокруг продольной оси посредством резьбы 17 обеспечивается регулировка согласования антенны с фидером (коэффициента стоячей волны антенны по напряжению).
Датчик контроля 5 состоит из несимметричного электрического диполя 20, соединителя радиочастотного (далее, CP) 21. Длина диполя 20 много меньше длины волны, подбирается экспериментальным путем, исходя из условия обеспечения требуемого коэффициента передачи антенна-датчик контроля. Диполь 20 выполнен из материала с хорошей проводимостью и имеет гальванический контакт с центральным проводником CP 21. Датчик контроля может быть закрыт радиопрозрачным кожухом (на фиг. не показан).
Диэлектрическая опора 6 предназначена для обеспечения жесткости первого объемного резонатора 1. Другое назначение диэлектрической опоры 6 - регулировка коэффициента стоячей волны по напряжению в фидере путем изменения расстояния между первой 7 и второй 9 пластинами первого объемного резонатора 1. Диэлектрическая опора 6 имеет высоту, равную или несколько отличающуюся от высоты первого объемного резонатора 1. Изменение расстояния между первой 7 и второй 9 пластинами осуществляется с помощью регулировочных винтов (на фиг. не показаны), соединяющих ее со второй пластиной 9. Диэлектрическая опора 6 представляет собой совокупность стержней, расположенных во внутренней области первого объемного резонатора 1 по замкнутому контуру с определенным шагом. В качестве диэлектрической опоры может использоваться полый круговой или эллиптический цилиндр, полый круговой усеченный конус или объемная ячейка, в поперечном сечении имеющая форму правильного n-угольника, где n - целое число. Авторы считают, что вышеупомянутыми видами диэлектрической опоры не ограничиваются возможные варианты ее реализации. Диэлектрическая опора 6 может иметь любую другую форму. Диэлектрическая опора 6 выполнена из радиопрозрачного диэлектрического материала с высокой жесткостью. Опора может быть выполнена из композитного материала (стеклопластика или другого композитного материала). Соединение диэлектрической опоры 6 с первой пластиной 7 может осуществляться с помощью винтов, заклепок либо склеиванием.
Антенна работает следующим образом. В режиме передачи электромагнитная волна типа ТЕМ коаксиальной линии передачи поступает от источника колебаний через соединитель радиочастотный (на фиг. не показаны) и участок жесткого фидера 3 на вход коаксиального резонатора 2, образуемого внешним проводником 11 и центральным проводником 12. Длина каждого из проводников 11 и 12 равна половине длины волны в коаксиальной линии передачи. Вследствие короткого замыкания внешнего и внутреннего проводников резонатора короткозамыкателем 14 в непосредственной окрестности короткозамыкателя возбуждается колебание типа H11 коаксиальной линии. Таким образом, короткозамыкатель 14 выполняет роль трансформатора типов колебаний. Колебание H11 сопровождается поверхностным током на внутренней поверхности внешнего проводника с азимутальной составляющей. Вследствие прерывания щелями 13 азимутальной составляющей тока между краями щелей 13 образуется электрическое поле. Возникшее в щели 13 электрическое поле играет роль внешнего источника (магнитного диполя) по отношению к первому объемному резонатору 1. Щели 13 излучают электромагнитную энергию в область первого объемного резонатора 1. Щели 13 являются еще одним резонансным элементом в антенне. В закрытом полом круговом цилиндрическом резонаторе 1 возбуждается колебание H111. Именно это колебание определяет на рабочих частотах требуемое амплитудно-фазовое распределение магнитных токов в излучающих отверстиях 10. Через отверстия 10 электромагнитная энергия излучается в окружающее антенну пространство и вдали от антенны приобретает характер уходящих на бесконечность электромагнитных волн. Таким образом, вторая пластина 9 с выполненными на ней излучающими отверстиями 10 играет роль частично прозрачной стенки первого объемного резонатора 1. Первая пластина 7 и объемная ячейка 8 являются экранами. Первая пластина 7, объемная ячейка 8 и вторая пластина 9 с выполненными на ней излучающими отверстиями 10 совместно образуют первый объемный резонатор 1 с частично прозрачной поверхностью. Следует иметь в виду, что электромагнитные колебания первого объемного резонатора 1 в свою очередь порождают колебания в щелевых излучателях 13 и втором объемном резонаторе 2. Таким образом, происходит взаимный обмен энергией между первым объемным резонатором 1, щелевыми излучателями 13 и вторым объемным резонатором 2. Следствием такого взаимодействия является расширение полосы частот согласования антенны с фидером. Это явление аналогично расширению полосы рабочих частот в низкочастотных устройствах со связанными контурами.
В исходном положении поверхности пластин параллельны друг другу, поверхности щелей параллельны поверхности пластин. С помощью винтов может быть изменено расстояние между пластинами за счет деформации пластины с излучающими щелями, что приводит к изменению резонансной частоты первого объемного резонатора и, следовательно, к смещению рабочей полосы частот антенны. При повороте возбудителя вокруг продольной оси изменяется связь между первым объемным резонатором и щелевыми излучателями, что приводит к изменению соотношения между запасами магнитной и электрической энергии в антенне и, как следствие, к изменению мнимой части входного сопротивления антенны. В результате с помощью регулировочных винтов и поворота возбудителя вокруг своей оси можно настроить антенну на рабочий диапазон частот.
Датчик контроля 5, расположенный во внутренней области первого объемного резонатора, возбуждается возникшими в нем (резонаторе) колебаниями. В результате в непосредственной окрестности датчика контроля силовые линии векторов Е и Н искажаются таким образом, чтобы удовлетворить граничным условиям. Датчик работает в режиме приема. С помощью датчика часть мощности, пропорциональная мощности, излучаемой антенной, передается в аппаратуру контроля для отслеживания амплитудно-фазовых характеристик излучаемых сигналов. Численные эксперименты показали, что искажения структуры электромагнитного поля внутри резонатора, вносимые датчиком, не оказывают заметного влияния на характеристики антенны в целом.
Точную структуру электромагнитного поля в линии передачи, втором объемном резонаторе 2, в щелях 13, в первом объемном резонаторе 1, в излучающих отверстиях 10, в непосредственной окрестности датчика 4 и окружающем антенну пространстве авторы находили из решения уравнений Максвелла в интегральной форме при заданных (идеальных) граничных условиях на всей поверхности антенны.
Были вычислены диаграммы направленности антенны, коэффициент стоячей волны по напряжению в фидере и коэффициент передачи антенна-датчик контроля. Предполагалось, что проводники обладают идеальной проводимостью. Расчет проводился временным методом. Краевая задача, сформулированная для уравнений Максвелла с начальными и граничными условиями, сводилась к интегральным уравнениям в пространственно-временном представлении. Расчетная диаграмма направленности представлена на фиг. 2. Численные эксперименты на модели антенны и натурные на макете антенны показали, что антенна формирует диаграмму направленности, идентичную той, которую имеет антенна-прототип настоящего изобретения - симметричную в плоскостях векторов Е и Н, без раздвоения и без отклонения максимума от плоскости, перпендикулярной к раскрыву антенны, в широком диапазоне частот.
На фиг. 3 приведена расчетная КСВН от частоты. Как видно из графика, предлагаемая резонаторная антенна обеспечивает хорошее согласование с фидером в широком диапазоне частот (2% от центральной частоты диапазона).
На фиг. 4 приведена зависимость коэффициента передачи антенна-датчик контроля от частоты.
Второй вариант выполнения антенны
Резонаторная антенна в соответствии со вторым вариантом состоит из первого объемного резонатора 1 (фиг. 1), второго объемного резонатора 2, участка жесткого фидера 3, устройства поворота второго объемного резонатора вокруг продольной оси 4, диэлектрической опоры 6 и датчика контроля, представленного на фиг. 5. Датчик контроля состоит из соединителя радиочастотного 21, внешнего проводника коаксиальной линии передачи в виде втулки 22 и рамки 23 с первой 24 и второй 25 клеммами. Первая клемма 24 имеет гальванический контакт с центральным проводником 26 отрезка коаксиальной линии, образованной упомянутым проводником и втулкой 22, к которой крепится соединитель радиочастотный 21. Вторая клемма 25 рамки 23 имеет гальванический контакт со втулкой 22. Датчик может иметь радиопрозрачный кожух (на фиг. не показан). Регулировка коэффициента передачи антенна - датчик контроля осуществляется поворотом рамки 23 вокруг продольной оси втулки 22.
Примеры экспериментальных образцов антенны
Был изготовлен первый экспериментальный образец резонаторной антенны в соответствии с настоящим изобретением. Упомянутый образец представлен в изометрии на фиг. 6 в собранном виде.
Первый объемный резонатор 1, внутренний диаметр которого составляет 1400 мм, а высота - 448 мм, состоит из первой пластины 7, объемной ячейки 8 и второй пластины 9 с выполненными на ней 19-ю отверстиями 10 диаметром 242 мм. Одно отверстие расположено в центре пластины, 6 отверстий - равномерно по окружности радиусом 280 мм, 12 отверстий - равномерно по окружности радиусом 560 мм. Первая 7 и вторая 9 пластины выполнены из листа из алюминиевого сплава Д16АТ толщиной 3 мм, объемная ячейка 8 выполнена из листа из алюминиевого сплава АМг6.М толщиной 3 мм. Указанные детали соединены между собой с помощью угольников 27, выполненных из прессованных уголков из алюминиевого сплава АМг6.М. Первая 7, вторая 9 пластины и объемная ячейка 8 соединены с угольниками 27 с помощью заклепок (на фиг. не показаны), расположенных по периметру первого объемного резонатора 1 с шагом, примерно равным 1/20 длины волны на центральной частоте рабочего диапазона.
Диэлектрическая опора 6 выполнена в виде усеченного полого конуса высотой 439 мм, с диаметрами оснований 520 и 560 мм, толщиной стенки 2 мм. Вторая объемная ячейка 6 выполнена из композитного материала на основе стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой. Вторая объемная ячейка 6 расположена соосно с первой объемной ячейкой 8 и соединена с первой 7 и второй 9 пластинами с помощью регулировочных винтов 28. Назначение винтов 28 - изменение расстояния между первой 7 и второй 9 пластинами первого объемного резонатора с целью регулировки коэффициента стоячей волны по напряжению.
На фиг. 7 представлен в изометрии возбудитель, состоящий из коаксиального резонатора 2, участка жесткого фидера 3 и короткозамыкателя 14. Коаксиальный резонатор 2 состоит из внешнего проводника 11, выполненного из трубы внешним диаметром 40 мм и толщиной стенки 2 мм; центрального проводника 12, выполненного из трубы внешним диаметром 16 мм и толщиной стенки 2 мм. Короткозамыкатель 14 выполнен из прутка диаметром 16 мм. Короткозамыкатель 14 расположен на расстоянии 163 мм от центра щелей 13. Все указанные детали выполнены из алюминиевого сплава АМг6.М. Участок жесткого фидера 3 состоит из внешнего проводника 11, центрального проводника 12, втулки 29 и соединителя радиочастотного (CP) 21. Конструктивно внешний 11 и центральный 12 проводники коаксиального резонатора 2 и участка жесткого фидера 3 являются одними и теми же трубами, упомянутыми выше. Внешний проводник 11 участка жесткого фидера 3 соединен со втулкой 29 винтами (на фиг. не показаны). К втулке 29 с помощью винтов 30 крепится CP 21 марки СР-50-163ФВ. Возбудитель устанавливается во внутренней области первого объемного резонатора 1 (фиг. 6) в его центральном сечении.
Устройство поворота (фиг. 8) состоит из пластины 18 с резьбовым отверстием. Посредством резьбового соединения пластины 18 и втулки 29 участка жесткого фидера 3 (фиг. 7) коаксиальный резонатор 2 может быть повернут вокруг продольной оси. Пластина 18 крепится к первой объемной ячейке 8 винтами 31.
Датчик контроля (фиг. 9) выполнен в виде несимметричного электрического диполя 32 из латунной проволоки диаметром 2 мм длиной 135 мм; втулки 22, выполненной из сплава АМг6.М, CP 21 марки СР-50-163ФВ. CP 21 крепится к втулке 22 винтами 30. Датчик контроля защищен радиопрозрачным кожухом 33, выполненным из полиамида ПА6. Датчик контроля устанавливается во внутренней области резонаторной антенны посредством резьбового соединения втулки 22 и пластины 18 (фиг. 1), которая по своей конструкции идентична устройству поворота 4.
На фиг. 10 приведены экспериментальные зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению от частоты при различных высотах первого объемного резонатора. Из рассмотрения графиков видно, что при увеличении высоты полоса согласования антенны с фидером смещается в область низких частот. Экспериментальная зависимость коэффициента стоячей волны по напряжению от частоты подтверждает расчетную зависимость. Изменением высоты резонатора можно сместить среднюю частоту полосы согласования в сторону верхних либо нижних частот.
На фиг. 11 приведена регулировочная прямая резонаторной антенны. Регулировочная прямая отражает зависимость резонансной частоты антенны от высоты первого объемного резонатора. Окружностями на графике изображены экспериментальные значения резонансной частоты. Сама прямая получена сглаживанием экспериментальных данных методом наименьших квадратов. Угловой коэффициент полученной прямой равен минус 0,88. То есть при увеличении высоты резонатора на 1 мм резонансная частота уменьшается на 0,88 МГц.
Был измерен модуль коэффициента передачи антенна-датчик контроля. Эксперименты показали, что в пределах рабочего диапазона частот коэффициент передачи антенна-датчик контроля находится в пределах минус 21,5 - минус 22,5 дБ (фиг. 4).
Были проведены испытания образца на вибростенде при воздействии на антенну синусоидальной вибрации с амплитудой ускорения 2g на частоте 27 Гц.
В процессе испытаний антенны на вибростенде выполнены измерения КСВН. Эксперименты показали, что описанная конструкция образца обеспечивает работоспособность антенны в условиях вибрационной нагрузки с упомянутыми выше параметрами. Изменения величины КСВН, обусловленные воздействием вибрации, не превышают величины, равной 0,05.
Второй экспериментальный образец антенны
Был изготовлен второй экспериментальный образец антенны в соответствии с настоящим изобретением. Второй образец антенны отличается от представленного на фиг. 6 тем, что в качестве диэлектрической опоры 6 используется совокупность стержней (фиг. 1). Использовано 8 стержней из полиамида ПА6. Диаметр стержней равен 20 мм, длина стержней равна 448 мм. Стержни располагаются по окружности диаметром 730 мм. Были измерены КСВН в фидере второго образца и коэффициент передачи антенна-датчик контроля. На фиг. 12 приведена зависимость КСВН второго образца антенны от частоты. Из рассмотрения графика видно, что второй образец обладает хорошим согласованием в широкой полосе частот. По уровню КСВН 1,2 ширина полосы равна 5 МГц. Согласование второго образца антенны получилось более узкополосным по сравнению с первым образцом. Полоса частот уже на 1 МГц. Зависимость коэффициента передачи антенна-датчик контроля от частоты не отличается от зависимости, приведенной на фиг. 4.
Применение изобретения
Изобретение может быть использовано в качестве самостоятельной антенны для приема и передачи данных в системах связи, а также в качестве излучающего элемента антенной решетки в системах спутниковой, самолетной связи, в системах навигации и посадки самолетов, в других аэродромных радиотехнических системах. В частности, предложенная антенна может быть использована в качестве излучающего элемента глиссадного радиомаяка системы инструментального обеспечения захода самолетов на посадку.
1. Широкополосная резонаторная антенна, содержащая первый объемный резонатор с частично прозрачной стенкой, второй объемный резонатор и фидер, при этом фидер соединен со вторым резонатором; первый объемный резонатор образован первой пластиной, объемной ячейкой в виде полого цилиндра и второй пластиной, причем на второй пластине выполнены отверстия, при этом первая и вторая пластины, первая объемная ячейка выполнены из электропроводящего материала, объемная ячейка имеет гальванический контакт с первой и второй пластинами; второй объемный резонатор выполнен в виде коаксиального резонатора с разомкнутыми концами, двумя щелями на внешнем проводнике и короткозамыкателем, при этом щели на внешнем проводнике коаксиального резонатора противолежат друг другу; короткозамыкатель гальванически соединяет между собой центральный проводник и внешний проводник коаксиального резонатора; коаксиальный резонатор смонтирован в среднем сечении цилиндра; отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство поворота коаксиального резонатора вокруг продольной оси, датчик контроля и диэлектрическую опору, расположенную во внутренней области первого объемного резонатора.
2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что устройство поворота коаксиального резонатора представляет собой пластину с резьбовым отверстием, пластина расположена на объемной ячейке, ось резьбового отверстия и продольная ось коаксиального резонатора совпадают между собой, коаксиальный резонатор может быть повернут вокруг своей продольной оси.
3. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что датчик контроля расположен во внутренней области резонаторной антенны.
4. Антенна по п. 3, отличающаяся тем, что датчик контроля содержит радиопрозрачный кожух.
5. Антенна по п. 3, отличающаяся тем, что датчик контроля выполнен в виде несимметричного электрического диполя.
6. Антенна по п. 3, отличающаяся тем, что датчик контроля выполнен в виде рамки.
7. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что диэлектрическая опора выполнена в виде совокупности стержней.
8. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что диэлектрическая опора выполнена в виде полого кругового цилиндра.
9. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что диэлектрическая опора выполнена в виде полого эллиптического цилиндра.
10. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что диэлектрическая опора выполнена в виде полого кругового конуса.
11. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что диэлектрическая опора в поперечном сечении имеет форму правильного n-угольника, где n - целое число.
12. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что диэлектрическая опора выполнена из композитного материала, такого как стеклопластик или другого композитного материала.
13. Широкополосная резонаторная антенна, содержащая первый объемный резонатор с частично прозрачной стенкой, второй объемный резонатор и фидер, при этом фидер соединен со вторым резонатором; первый объемный резонатор образован первой пластиной, объемной ячейкой в виде полого цилиндра диаметром 1400 мм и второй пластиной, причем на второй пластине выполнены отверстия, при этом первая и вторая пластины, первая объемная ячейка выполнены из проводящего материала, первая объемная ячейка имеет гальванический контакт с первой и второй пластинами; второй объемный резонатор выполнен в виде коаксиального резонатора с разомкнутыми концами, двумя щелями на внешнем проводнике длиной 424 мм и короткозамыкателем, при этом щели на внешнем проводнике коаксиального резонатора противолежат друг другу; короткозамыкатель гальванически соединяет между собой центральный проводник и внешний проводник коаксиального резонатора; коаксиальный резонатор расположен в среднем сечении первой объемной ячейки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит устройство поворота коаксиального резонатора вокруг продольной оси, образованное резьбовым соединением коаксиального резонатора и первого объемного резонатора; датчик контроля в виде электрического диполя длиной 135 мм, введенного во внутреннюю область первого объемного резонатора, и диэлектрическую опору, выполненную в виде полого усеченного конуса из стеклопластика, расположенную соосно с первой объемной ячейкой.
