Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано при создании малогабаритных антенн средств связи и радиолокации сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн, а также сканировании диаграммы направленности линзовой антенны. Техническими результатами являются: увеличение коэффициента усиления, сокращение количества активных элементов, упрощение согласования с приёмо-передающим устройством и снижение массы антенны. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна содержит усеченный многослойный тороид, сформированный из профилированных эквидистантных элементов с плоской нижней частью, установленных концентрически с воздушными зазорами по отношению друг к другу, а поверхность этих элементов образована вращением нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей вокруг оси, отстоящей от внутренней части профиля, и которая образует центральную профилированную полость линзы; медную подложку с диаметром, равным внешнему диаметру усеченного многослойного тороида, которая выступает в роли области нулевого потенциала; активного антенного элемента - несимметричного вибратора различной формы, помещенного вдоль вертикальной оси усеченного тороида во внутренней полости тороида. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к антенной технике, и может быть использовано при создании малогабаритных антенн средств связи и радиолокации сантиметрового (СМВ) и миллиметрового (ММВ) диапазонов волн.

Функциональное назначение антенны - излучение и прием электромагнитных волн.

Для осуществления приема-передачи электромагнитных волн одновременно в нескольких направлениях могут использоваться устройства для фокусировки типа линза, представляющие собой сферическую либо цилиндрическую линзы из диэлектрика, в которых диэлектрическая проницаемость ε является переменной и изменяется по следующему закону [Зелкин Е.Г., Петрова Р.А. Линзовые антенны. - М.: Советское радио, 1974, 280 с.]:

где r - расстояние от центра линзы; R - радиус сферы.

Известна сканирующая тороидальная линзовая антенна, содержащая однородную тороидальную линзу, образованную вращением вокруг оси неапланатического фокусирующего геометрического профиля, и облучатель, состоящий из системы переключаемых излучателей, расположенных на фокальной окружности линзы. (Патент RU 2147150 С1, заявка №98109732/09 от 26.05.1998, МПК: H01Q 15/08 - прототип).

Основным недостатком указанного решения является определенная трудность в точности изготовления направленных излучателей, расположенных на фокальной окружности линзы, значительная масса антенны, а также сложность согласования в широком диапазоне частот подобной антенны с приемо-передающим устройством. Кроме того, саму конструкцию довольно проблематично закрепить на антенной мачте.

Задачей предлагаемого технического решения является увеличение коэффициента усиления, уменьшение массы, сокращение количества активных элементов антенны и упрощение согласования с приемопередающим устройством.

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенной многослойной диэлектрической тороидальной антенне, содержащей многослойную тороидальную диэлектрическую линзу с излучателем, расположенным в центре линзы. Линза выполнена из N>2 диэлектрических профилированных эквидистантных элементов с плоской нижней частью, установленных концентрически с зазорами по отношению друг к другу, а поверхность этих элементов образована вращением нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей вокруг оси, отстоящей от внутренней части профиля, и которая образует центральную профилированную полость линзы, при этом вертикальная ось профилированной полости линзы совпадает с осью вращения нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей, излучатель установлен на заданном расстоянии над плоской нижней частью диэлектрических профилированных эквидистантных элементов так, что его ось совпадает с осью вращения нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей.

В варианте исполнения, толщина стенок диэлектрических профилированных эквидистантных элементов линзы дискретно уменьшается от центра к периферии, а зазор между стенками дискретно увеличивается.

В варианте исполнения, поверхность диэлектрических профилированных эквидистантных элементов образована вращением концентрических полуокружностей разного диаметра вокруг оси, перпендикулярной к диаметру полуокружностей, причем диаметр полуокружностей дискретно уменьшается от периферии к центру.

В варианте исполнения, диэлектрические профилированные эквидистантные элементы установлены на круглую металлическую подложку, диаметр которой равен внешнему диаметру диэлектрических профилированных эквидистантных элементов.

В варианте исполнения, излучатель выполнен в виде несимметричного вибратора, расположенного на оси вращения диэлектрических профилированных эквидистантных элементов.

Применение для образования полноазимутальной многослойной диэлектрической тороидальной антенны усеченного фокусирующего геометрического профиля в виде многослойной полуокружности вместо окружности и использование многослойной структуры с переменной толщиной слоев и переменного воздушного зазора между ними по сравнению с окружностью при той же площади сечения профиля позволяет уменьшить объем и, следовательно, массу линзы. Медная подложка выступает в роли области нулевого потенциала и участвует в формировании электромагнитного поля антенны, а также позволяет снизить взаимное влияние металлических элементов антенно-мачтового устройства или элементов крепежа (при размещении на подвижных носителях). Наличие одного активного элемента значительно упрощает конструкцию антенны и облегчает согласование с трактом приемо-передачи.

Основным отличительным признаком заявляемой антенны от антенны-прототипа является профиль тороидальной линзы, а именно: многослойная полуокружность, образованная из окружностей разного диаметра отсечением нижних их частей части прямой горизонтальной линией, проходящей через центр окружности. В качестве активного антенного элемента применяется несимметричный излучатель - вибратор различной формы, в то время как в прототипе применен излучатель, состоящий из системы переключаемых излучателей, расположенных на фокальной окружности линзы.

Сущность предложенного технического решения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана предложенная структура антенны на основе усеченного многослойного диэлектрического тороида, на фиг. 2 - вид сбоку полноазимутальной антенны на основе усеченного многослойного диэлектрического тороида, на фиг. 3 - поперечный разрез полноазимутальной антенны на основе усеченного многослойного диэлектрического тороида, на фиг. 4 - прохождение электромагнитной волны сквозь усеченный многослойный тороид.

Предложенная многослойная диэлектрическая тороидальная антенна представляет собой набор коаксиальных полукруглых осесимметричных диэлектрических элементов 1 переменной толщины и переменного диаметра, установленных на медной подложке 2 и образованных вращением вокруг вертикальной оси излучателя несимметричного вибратора 3, при этом набор коаксиальных диэлектрических элементов 1 установлен с зазорами 4 друг по отношению к другу. Диаметр и толщина стенок упомянутых элементов 1 определены в соответствии с распределением эффективной диэлектрической проницаемости, характерной для линзы Люнеберга цилиндрической формы. Толщина стенок диэлектрических элементов 1 линзы дискретно убывает от центра к периферии, а зазор 4 между стенками диэлектрических элементов 1 дискретно увеличивается. Медная подложка 2 выступает в роли области нулевого потенциала и участвует в формировании электромагнитного поля, а также уменьшает взаимное влияние металлических элементов крепежа.

Предложенная многослойная диэлектрическая тороидальная антенна работает следующим образом.

Электромагнитная волна на границе раздела двух сред «свободное пространство - однородный диэлектрик» преломляется и внутри однородного диэлектрика (усеченного тора) движется прямолинейно по новой траектории. Далее, на границе «однородный диэлектрик - свободное пространство, во внутренней полости тороида, вновь преломляется и распространяется вдоль другой прямой, под некоторым углом относительно предыдущей траектории. Размеры каждого слоя усеченного тороида подбираются таким образом, чтобы внутри полости линзы электромагнитная волна фокусировалась в одну точку, лежащую на вертикальной оси усеченного многослойного тороида, вдоль которой располагается несимметричный вибратор.

Таким образом, заявленное антенное устройство обеспечивает фокусировку электромагнитной волны при ее прохождении через тело линзы (фиг. 4). В предложенном антенном устройстве роль активного элемента играет несимметричный вибратор 3 различной формы.

Выбор конструктивных параметров несимметричного вибратора 3 зависит от выбора рабочего диапазона частот, что отражается и на требовании к размеру усеченного многослойного тороида.

Предложенное устройство может быть собрано на медной подложке, которая также является средством закрепления тороида в антенном устройстве.

Использование предложенного технического решения позволит создать многослойную диэлектрическую тороидальную антенну на основе усеченного многослойного диэлектрического тороида, применение которой позволит обеспечить полноазимутальный режим (360 градусов) излучения и приема сигналов с высоким коэффициентом усиления и реализует режим согласования с приемо-передающим трактом в широкой полосе частот, при значительном удешевлении стоимости ее изготовления.

1. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна, содержащая многослойную тороидальную диэлектрическую линзу с излучателем, расположенным в центре линзы, отличающаяся тем, что линза выполнена из N>2 диэлектрических профилированных эквидистантных элементов с плоской нижней частью, установленных концентрически с зазорами по отношению друг к другу, а поверхность этих элементов образована вращением нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей вокруг оси, отстоящей от внутренней части профиля, и которая образует центральную профилированную полость линзы, при этом вертикальная ось профилированной полости линзы совпадает с осью вращения нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей, излучатель установлен на заданном расстоянии над плоской нижней частью диэлектрических профилированных эквидистантных элементов так, что его ось совпадает с осью вращения нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей.

2. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что толщина стенок диэлектрических профилированных эквидистантных элементов линзы дискретно уменьшается от центра к периферии, а зазор между стенками дискретно увеличивается.

3. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность диэлектрических профилированных эквидистантных элементов образована вращением концентрических полуокружностей разного диаметра вокруг оси, перпендикулярной к диаметру полуокружностей, причем диаметр полуокружностей дискретно уменьшается от периферии к центру.

4. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что диэлектрические профилированные эквидистантные элементы установлены на круглую металлическую подложку, диаметр которой равен внешнему диаметру диэлектрических профилированных эквидистантных элементов.

5. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что излучатель выполнен в виде несимметричного вибратора, расположенного на оси вращения диэлектрических профилированных эквидистантных элементов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к диэлектрической композиции для композиционных полимерных материалов и может применяться для создания радиопрозрачных изделий и покрытий приемо-передающих радиотехнических комплексов для авиакосмической, морской, сухопутной техники гражданского и специального назначения.

Изобретение относится к области антенной техники, в частности к новым линзовым антеннам, предназначенным для использования в различных приложениях систем радиосвязи миллиметрового диапазона длин волн, таких как системы радиорелейной связи типа "точка-точка" и транспортные сети систем мобильной сотовой связи, радары, спутниковые и межспутниковые системы связи, локальные и персональные системы связи и другие.

Изобретение относится к линзовой антенне. Антенна, включающая: по меньшей мере одну электромагнитную линзу, по меньшей мере одну площадку заземления, соединенную с упомянутой линзой, и по меньшей мере одну зондирующую конструкцию, соединенную с упомянутой линзой, причем упомянутая зондирующая конструкция включает по меньшей мере два зонда, и причем по меньшей мере один зонд окружен линзой.

Изобретение относится к антенной технике. Антенна включает электромагнитную линзу, площадку заземления, соединенную с упомянутой линзой, и зондирующую конструкцию, соединенную с упомянутой линзой.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к устройствам для фокусировки радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Техническим результатом является создание цилиндрической линзы Микаэляна из однородного диэлектрического материала с минимальным продольным размером.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к линзовым антеннам. .

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в антеннах средств связи и радиолокации с широкоугольным электрическим сканированием преимущественно миллиметрового (ММВ) и сантиметрового (СМВ) диапазонов волн.

Изобретение относится к области радиотехники и, в частности, к антенной технике и может быть использовано в антеннах средств связи и радиолокации с широкоугольным электрическим сканированием преимущественно миллиметрового и сантиметрового диапазонов волн.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании малогабаритных антенн. Антенное устройство на основе линзы Люнеберга содержит коаксиальный набор круглых осесимметричных диэлектрических элементов переменной толщины и переменного диаметра.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам большого диаметра, крупногабаритным параболическим рефлекторам, и может быть использовано в тех областях, где требуется значительно повысить чувствительность антенны для наблюдения источников малых размеров.

Изобретение относится к области конструирования направленных антенн, а именно к конструированию устройств для фокусировки при приеме-передаче радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов.

Изобретение относится к области систем связи и радиолокации, в частности к располагаемым на подвижных носителях радиотехническим приемопередающим устройствам. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах с антеннами больших размеров. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в разнообразных радиотехнических системах с широкоугольным обзором пространства неикаженным лучом.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к линзовым антеннам, и может быть использовано для приема сигналов со спутников связи, и в частности для приема спутникового телевидения.

Объектом изобретения является антенная система с километровыми, гектометровыми или декаметровыми поверхностными волнами, содержащая по меньшей мере одну антенну (24), электрически короткую в вертикальной плоскости, с вертикальной или эллиптической поляризацией и испускающую излучение, при этом упомянутая антенна (24) связана с проводящей средой (28), имеющей по существу горизонтальную поверхность.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано при создании малогабаритных антенн средств связи и радиолокации сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн, а также сканировании диаграммы направленности линзовой антенны. Техническими результатами являются: увеличение коэффициента усиления, сокращение количества активных элементов, упрощение согласования с приёмо-передающим устройством и снижение массы антенны. Многослойная диэлектрическая тороидальная антенна содержит усеченный многослойный тороид, сформированный из профилированных эквидистантных элементов с плоской нижней частью, установленных концентрически с воздушными зазорами по отношению друг к другу, а поверхность этих элементов образована вращением нелинейных коаксиальных эквидистантных поверхностей вокруг оси, отстоящей от внутренней части профиля, и которая образует центральную профилированную полость линзы; медную подложку с диаметром, равным внешнему диаметру усеченного многослойного тороида, которая выступает в роли области нулевого потенциала; активного антенного элемента - несимметричного вибратора различной формы, помещенного вдоль вертикальной оси усеченного тороида во внутренней полости тороида. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх