Гребенчатая биортогональная рупорная антенна

Изобретение относится к области антенной техники СВЧ диапазона и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной широкополосной антенны, либо в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны. Антенна содержит рупор 1 с четырьмя экспоненциальными выступами 2 и сплошными стенками, повторяющими форму выступов 3, выступы выполнены со скосами 45° от точки питания 4. Стенки и выступы имеют форму, описываемую соотношением:

Введены два дополнительных выступа со скосами 45° от точки питания, а также выполнение стенок рупора в форме повторяющей форму выступов, симметричность горловины рупора и расположения экспоненциальных выступов позволяет обеспечить прием электромагнитных волн как вертикальной, так и горизонтальной поляризации. Технический результат заключается в повышении идентичности ширины диаграммы во всем диапазоне рабочих частот как на вертикальной, так и на горизонтальной поляризации за счет введения в известную конструкцию дополнительных экспоненциальных выступов, второй точки питания и изменения формы стенок рупора. 6 ил.

 

Изобретение относится к области антенной техники сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной широкополосной антенны, либо в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны.

Известна рупорная антенна, используемая в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны (Труды НИИР №3, «Антенно-фидерные устройства и техника СВЧ», стр. 25, г. Москва, «Радио и связь», 1990 г.), содержащая рупор с решетчатыми боковыми стенками в Н-плоскости и сплошными стенками в Е-плоскости, внутри которого в плоскости Е расположены две экспоненциально расширяющиеся ножевые пластины, и узел возбуждения в виде Н-волновода.

Такое выполнение рупорной антенны расширяет диапазон рабочих частот. Однако при этом не реализуется потенциально достижимая степень согласования антенны с питающим фидером. Кроме того, не обеспечивается идентичность ширины диаграммы направленности (ШДН) в ортогональных плоскостях и ее постоянство в рабочем диапазоне частот. Ширина диаграммы направленности такой рупорной антенны с ростом частоты уменьшается. При использовании такой антенны в качестве облучателя зеркальной антенны коэффициент использования поверхности зеркала с ростом частоты снижается, растут энергетические потери из-за недооблучения.

Известна рупорная антенна (АС №1626291 A1, H01Q 13/02), содержащая рупор с решетчатыми боковыми стенками, узел возбуждения в виде Н-волновода и два экспоненциальных Н-образных выступа, выполненных с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, где t - ширина выступа в Н-волноводе.

Такое выполнение рупорной антенны улучшает согласование ее с питающим фидером и повышает идентичность ширины диаграммы направленности в ортогональных плоскостях. Однако частотная зависимость ширины диаграммы направленности остается по-прежнему достаточно значительной.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранная в качестве прототипа рупорная антенна (патент №2302062 С2, H01Q 13/02), содержащая рупор с решетчатыми боковыми стенками, узел возбуждения в виде Н-волновода и два экспоненциальных Н-образных выступа, выполненных с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, где t - ширина выступа в Н-волноводе, решетчатые боковые стенки выполнены в виде стержней диаметром D=0,1-0,11λмакс, где λмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона, расстояние d между стержнями изменяется от первого стержня, расположенного в раскрыве рупора, по закону геометрической прогрессии со знаменателем τ=0,7-0,73, а длина стержней l изменяется по тому же закону со знаменателем g=0,895-0,905, т.е. dn+1=dnτ и ln+1=lng, где n - порядковый номер стержня. Верхняя и нижняя поверхности рупора имеют излом в точках крепления стержней.

Целью изобретения является повышение идентичности ширины диаграммы направленности во всем диапазоне рабочих частот как на вертикальной, так и на горизонтальной поляризации за счет введения в известную конструкцию дополнительных экспоненциальных выступов и изменения формы стенок рупора.

Цель достигается тем, что в известную конструкцию рупорной антенны, содержащую рупор с решетчатыми боковыми стенками, узел возбуждения в виде Н-волновода и два экспоненциальных выступа, выполненных с увеличивающейся к раскрыву рупора шириной S до размера S=10t, согласно изобретению введены два дополнительных экспоненциальных выступа, заменяющие решетчатые стенки, все выступы имеют экспоненциальную форму, описываемую соотношением:

Также на выступах имеются срезы под углом 45° от точек питания, а стенки рупора имеют кривизну, повторяющую форму выступов.

Фиг. 1 - Общий вид гребенчатой биортогональной рупорной антенны, где обозначены:

1 - рупор;

2 - экспоненциальные выступы;

3 - стенки рупора;

4 - скос под углом 45° от точки питания.

Фиг. 2 - Ширина диаграммы направленности по уровню - 3 дБ в Е и Н плоскостях в диапазоне частот от 8 до 18 ГГц.

Фиг. 3 - Ширина диаграммы направленности по уровню - 6 дБ в Е и Н плоскостях в диапазоне частот от 8 до 18 ГГц.

Фиг. 4 - Ширина диаграммы направленности по уровню - 10 дБ в Е и Н плоскостях в диапазоне частот от 8 до 18 ГГц.

Фиг. 5, 6 - Фото экспериментального образца.

Конструктивно антенна содержит (фиг. 1) рупор 1 с четырьмя экспоненциальными выступами 2 и сплошными стенками, повторяющими форму выступов 3, выступы выполнены со скосами 45° от точки питания 4. Стенки и выступы имеют форму, описываемую соотношением:

Такая конструкция рупорной антенны позволяет обеспечить стабилизацию ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот, а симметричность данной конструкции позволяет обеспечить прием электромагнитных волн как вертикальной, так и горизонтальной поляризации, т.е. выполняется условие биортогональности.

Гребенчатая биортогональная рупорная антенна работает следующим образом.

Коаксиальный переход подводит связанные электромагнитные колебания к выступам 2, запитывая противолежащие выступы 2 в противофазе. Связанные электромагнитные колебания распространяются вдоль выступов в направлении раскрыва рупора. Экспоненциально растущее сопротивление противолежащих выступов приводит к возникновению свободных электромагнитных колебаний, которые распространяются в разные стороны от выступов 2, экспоненциальные стенки отражают дошедшие от выступов 2 свободные электромагнитные колебания в сторону раскрыва рупора. В результате излучения выступов 2 и отражения свободных электромагнитных колебаний формируется поле гребенчатой биортогональной рупорной антенны. Экспоненциальные стенки и выступы 2 позволяют сформировать подобные распределения электромагнитного поля в широком диапазоне частот.

Амплитудно-фазовое распределение результирующего поля в дальней зоне существенно зависит от соотношения полей, излучаемых раскрывом рупора, и, прежде всего, от рассеянного выступами 2 электромагнитного поля. В свою очередь рассеянное выступами 2 электромагнитное поле существенно зависит от ширины выступов рупора, их длины и формы изгиба. Варьируя этими значениями, можно подобрать такие их величины, при которых диаграмма направленности антенны будет оставаться практически постоянной в диапазоне рабочих частот.

Экспериментальные исследования показали, что оптимальной, с точки зрения стабилизации ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот и идентичности диаграмм направленности (ДН) в ортогональных плоскостях, является предложенная форма выступов и стенок рупора. При изменении толщины выступов наблюдается значительная частотная зависимость ШДН.

На фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 представлены графики зависимости измеренных ширины диаграммы направленности гребенчатого рупора в Е и Н плоскостях по уровню - 3 дБ, - 6 дБ и - 10 дБ соответственно. Их анализ показывает, что в рабочей полосе частот ширина диаграммы направленности изменяется относительно ее среднего значения не более чем на ±7%, в то время как у рупорной антенны-прототипа эта величина составляет ±11%.

Сопоставительный анализ технического решения с устройством, выбранным в качестве прототипа, показывает, что новизна технического решения заключается в введении в заявленное устройство дополнительных выступов отличной от прототипа формы, также в изменении формы стенок рупора и в введении второй точки питания.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

Анализ известных технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод о том, что введение четырех выступов в рупор является известным решением. Однако использование специальной формы таких выступов, а также кривизны стенок рупора и двух точек питания придает устройству новые свойства. Введенные изменения позволяют получить стабилизированную диаграмму направленности в рабочем диапазоне частот как на горизонтальной, так и на вертикальной поляризации, а также обеспечить широкополостность рупора.

Таким образом, техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение относится к области антенной техники СВЧ диапазона и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной широкополосной антенны, либо в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны.

Таким образом, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Предложенное техническое решение позволяет при использовании гребенчатой биортогональной рупорной антенны, в качестве облучателя зеркальной антенны, обеспечить эффективное облучение ее отражателя в рабочей полосе частот и тем самым повысить энергетический потенциал антенной системы в целом.

Гребенчатая биортогональная рупорная антенна, содержащая рупор с экспоненциальными выступами и сплошными стенками, повторяющими форму выступов, отличающаяся тем, что введены два дополнительных экспоненциальных выступа, при этом стенки и выступы имеют форму, описываемую соотношением

,

также введена вторая точка питания, а выступы выполнены со скосами 45° от точек питания, при этом выступы расположены симметрично друг относительно друга, горловина рупора имеет симметричную форму.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к изготовлению прецизионных рефлекторов из волокнистых композиционных материалов для антенн космических аппаратов. Технический результат - повышение точности изготовления рабочей поверхности рефлекторов, снижение массы рефлектора и сокращение цикла изготовления.

Группа изобретений относится к области антенной техники и может быть использована при изготовлении пирамидальных рупорных излучателей, применяемых в антеннах миллиметрового диапазона.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - повышение КПД и разрешающей способности зеркально-рупорной антенны.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к слабонаправленным волноводным антеннам диапазонов сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (КВЧ) частот. Технический результат - улучшение диаграммы направленности.

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 области радиотехники и может быть использовано в беспроводных точках доступа. .

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

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 антенной технике и предназначено для расширения частотного диапазона и излучения пикосекундных сигналов рупорной антенной. .

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

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной диапазонной антенны либо в качестве элемента антенной решетки. Технической задачей изобретения является повышение коэффициента усиления антенны при сохранении рабочего диапазона частот диапазонной направленной антенны. Новым является то, что введены стакан перехода от коаксиальной к копланарной линии 7, стакан заземления питающего коаксиального кабеля 8, копланарная линия 5 с шириной центрального проводника 0,38 мм, зазором 0,2 мм, копланарный трансформатор сопротивления 6 длиной 0,11λmax с плавно меняющимися шириной центрального проводника от 0,38 до 0,19 мм и зазорами от 0,2 до 0,24 мм, диаметр металлического зигзагообразного полотна 1 составляет 0,3λmax, а щель 4 металлического зигзагообразного полотна выполнена симметричными относительно центра антенны с общей осью симметрии вырезами в форме двух сегментов высотой 0,024λmax окружности с диаметром 0,27λmax, двумя секторами с углом 28° окружности с диаметром 0,23λmax, двумя прямоугольниками высотой 0,06λmax и шириной 0,016λmax, опирающимися на ось симметрии меньшей стороной, диаметр экран-рефлектора равен диаметру диэлектрической подложки и составляет 0,38λmax. Предложенное техническое решение позволяет повысить коэффициент усиления в диапазоне частот с коэффициентом перекрытия 2,2 не менее чем на 1 дБ и с коэффициентом перекрытия 2,8 не менее чем на 0,4 дБ. 3 ил.
Наверх