ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА Российский патент 1994 года по МПК H01Q21/12 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании радиоэлектронных систем УКВ диапазона, преимущественно подвижных систем связи и радиолокации.

Среди апертурных антенн высокой направленности наибольшее распространение получили параболические зеркальные антенны с синфазным раскрывом. Однако параболические зеркала сложны в изготовлении, а их крупноразмерные варианты неудобны в подвижных системах связи. От этих недостатков в значительной мере свободны однозеркальные антенны с рефлектором в форме кругового конуса.

Из известных конических зеркальных антенн наиболее близкой к изобретению является антенна, которая содержит рефлектор в виде прямого кругового конуса и облучатель в виде линейной эквидистантной решетки последовательно питаемых излучателей, установленный на оси рефлектора и питаемый со стороны вершины рефлектора. Длина облучателя L приблизительно равна радиусу раскрыва рефлектора R. Все излучатели запитаны синфазно, вследствие чего облучатель возбуждает цилиндрическую электромагнитную волну, которая в результате отражения от рефлектора трансформируется в волну с плоским фронтом, распространяющуюся параллельно оси рефлектора в направлении к его раскрыву. Таким образом на апертуре антенны создается необходимое синфазное распределение поля.

Однако в такой антенне величина угла при вершине конического рефлектора должна быть в точности равна 90^о, а это значит, что отсутствует одна из возможных степеней свободы для оптимизации электрических и массогабаритных характеристик.

Цель изобретения - обеспечение оптимизации электрических и массогабаритных показателей антенны путем варьирования угла при вершине кругового конуса. Использование изобретения позволит существенно улучшить технические характеристики конических зеркальных антенн, а следовательно, повысить эффективность стационарных и особенно подвижных радиоэлектронных систем, оборудованных такими антеннами.

Поставленная цель достигается тем, что в антенну введены фазосдвигающие элементы, установленные между соседними излучателями, причем сдвиг фазы между токами в соседних излучателях равен
2πm - Δϕ, (1) где m - произвольное целое число;
0< 0<Δϕ<2Π <Π; (2)
d - расстояние между соседними излучателями;
λ - длина волны, круговой конус имеет при вершине угол
α=180^°-arccos · , (3) а длина облучателя L и радиус раскрыва рефлектора R выбраны из соотношения
L≈
На чертеже приведена схема зеркальной антенны.

Антенна содержит рефлектор 1 в виде кругового конуса и облучатель в виде линейной эквидистантной решетки последовательно питаемых излучателей 2, между которыми последовательно включены фазосдвигающие элементы 3.

Облучатель подключается к источнику электромагнитных колебаний со стороны вершины рефлектора. На конце фидера включена согласованная нагрузка 4. В качестве излучающих 2 и фазосдвигающих 3 элементов используются подходящие известные элементы и устройства.

Антенна, например, в режиме передачи работает следующим образом.

Линейная решетка излучателей 2, сфазированная с помощью фазосдвигающих элементов 3, возбуждает электромагнитную волну с коническим фронтом, направление распространения которой составляет с осью рефлектора 1 угол равный
_arccos·
Эта волна, отражаясь по законам геометрической оптики от конического рефлектора 1, угол при вершине которого α определен в соответствии с формулой (3), преобразуется в волну плоскую, бегущую к раскрыву рефлектора параллельно его оси. Тем самым на раскрыве антенны создается требуемое синфазное распределение поля.

Длина линейного облучателя L и радиус раскрыва рефлектора R связаны соотношением
L≈ =
Использование новых элементов (фазосдвигающих элементов) выгодно отличает предлагаемую зеркальную антенну от ее прототипа, так как изменение фазового сдвига Δϕ в соответствии с условиями (2) позволяет изменять величину угла α по формуле (3) от 90 до (в пределе) 180^о. В результате появляется дополнительная степень свободы для оптимизации электрических и массогабаритных показателей антенны путем подбора угла при вершине рефлектора. В частности, из чертежа непосредственно видно, что в сравнении с прототипом площадь поверхности рефлектора, а значит и его масса могут быть снижены в ( sin ) раз, α> 90^o.

Использование: антенная техника. Сущность изобретения: зеркальная антенна содержит коническое зеркало и облучающее устройство, которое выполнено в виде линейной эквидистантной решетки из последовательно питаемых излучающих элементов, установленных на оси зеркала, возбуждаемых со стороны вершины зеркала и создающих на его раскрыве синфазное распределение поля. С целью получения возможности варьирования угла при вершине конического зеркала в антенну введены фазосдвигатели, каждый из которых включен последовательно между элементами облучающего устройства и обеспечивает определенный сдвиг между токами в этих элементах. Облучающее устройство формирует в ближней зоне коническую волну, распространяющуюся в сторону зеркала, на котором она, отражаясь, преобразуетя в плоскую волну, идущую к раскрыву зеркала. Приведены расчетные соответственно и условия, определяющие величину фазовой задержки и угол при вершине зеркала. Антенна имеет дополнительную степень свободы для оптиматизации ее электрических и массогабаритных характеристик. 1 ил.

ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА, содержащая рефлектор в виде кругового конуса и облучатель в виде линейной эквидистантной решетки последовательно питаемых излучателей, установленный на оси рефлектора и питаемый со стороны вершины рефлектора, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения оптимизации электрических и массогабаритных показателей путем варьирования угла при вершине кругового конуса, введены фазосдвигающие элементы, установленные между соседними излучателями, причем сдвиг фазы между токами в соседних излучателях равен
2π m - Δ ϕ ,
где m - произвольное целое число;
0 < Δ ϕ < 2π d / λ < π ;
d - расстояние между соседними излучателями;
λ - длина волны,
круговой конус имеет при вершине угол
α = 180^°-arccos · λ/d,,
а длина облучателя L и радиус раскрыва рефлектора R выбраны из соотношения
L ≈ .