РЕБРИСТО-СТЕРЖНЕВАЯ АНТЕННА Российский патент 1995 года по МПК H01Q9/20 H01Q13/28 

Изобретение относится к антенно-волноводной технике СВЧ и может быть использовано в антеннах бегущей волны с осевым излучением, ребристой структуры, гофрированных рупорных антеннах, замедляющих структурах, предназначенных для применения в радиолокационных станциях, на поверхности корпусов летательных аппаратов, в гибридных зеркальных антеннах.

Известен возбудитель ребристо-стержневой антенны, содержащий пару соосных проводников, образующих прямолинейный проводник длиной λ/2 ( λ- рабочая длина волны), к середин которого подключены взаимно ортогонально источник ЭДС, ребристо-стержневая аксиально-симметричная структура (АСС), а также экран и симметрирующее устройство.

Недостатком этого устройства является увеличенный поперечный габарит возбудителя антенны с осевым излучением, собственное поперечное сечение которой значительно меньше (порядка λ/3).

Известен также возбудитель ребристо-стержневой антенны, который представляет собой две линии типа "провод над землей", параллельные на протяжении всей аксиально-симметричной структуры ее образующей, расположенные в диаметрально противоположных точках по периметру АСС, замкнутые на одном ее конце, питаемые в противофазе от коаксиальных вводов. Он содержит короткозамыкатель на одном конце АСС и экран - на другом конце АСС, в котором монтируются разъемы для подводящих кабелей.

Однако значительная протяженность возбуждающих проводов, равная длине АСС, и наличие короткозамыкателя на конце АСС приводит к неэффективной передаче мощности от источника возбуждения к структуре из-за узкополосного согласования длинного провода, закороченного на конце, и ухудшению характеристик излучения из-за существенного собственного излучения длинных (значительно больших λ) проводов источника возбуждения. Кроме того, расположение возбуждающих проводов над поверхностью образующей АСС (на некотором расстоянии от нее) увеличивает поперечные размеры антенны, достоинством которой являются малые размеры поперечного сечения.

Сущность изобретения заключается в том, что в возбудителе АСС, содержащем экран и пару возбуждающих зондов, расположенных эквидистантно относительно продольной оси АСС, зонды ориентированы параллельно продольной оси АСС, совпадая с поверхностью образующей ребра. При этом зонды изолированы от АСС.

Такая конструкция возбудителя обеспечивает наиболее эффективное возбуждение АСС, так как зонды располагаются в пучностях продольной компоненты электрического поля рабочей волны НЕ₁₁, что позволяет выполнить их укороченными (длиной порядка 1...2 периода АСС), разомкнутыми на концах. Более эффективное возбуждение АСС приводит к улучшению согласования возбудителя по входу. Коэффициент стоячей волны (КСВ) предлагаемого возбудителя не превышает 1,6 в полосе частот 40% и 1,3 в полосе частот 20%. Симметрия конструкции и потенциально более высокая реализуемая точность (отсутствие длинных проводов) обеспечивают увеличение поляризационной развязки в ортогональных плоскостях в широкой полосе частот.

Одновременно с улучшением электрических характеристик предлагаемый возбудитель позволяет существенно уменьшить поперечные габариты вплоть до величины диаметра ребра АСС плюс диаметр зонда. Зонды могут быть выполнены тонкими (диаметром менее λ /10), изолированными от ребра АСС посредством пары проемов (узких радиальных прорезей, отверстий круглой формы и т.д.) на ребре. Для расширения рабочей полосы частот, обеспечения надежной изоляции и механического крепления зондов целесообразно располагать их внутри диэлектрика (диэлектрические втулки, диэлектрическое заполнение объема между зонами и АСС и др.). Для улучшения согласования и подавления бокового и заднего излучения (в случае возбудителя для антенн) между экраном и АСС дополнительно введен радиальный трансформатор длиной до одного периода структуры и диаметром, выбранным из соотношения λ /3 ≅ D≅ λ/2.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На чертеже представлена конструкция ребристо-стержневой антенны, где 1 - коаксиальные вводы; 2 - возбуждающие зонды; 3 - экран; 4 - радиальный трансформатор; 5 - аксиально-симметричная структура; 6 - ребро аксиально-симметричной структуры; 7 - диэлектрические втулки.

Ребристо-стержневая антенна состоит из коаксиальных вводов 1, которые закреплены эквидистантно по отношению к продольной оси АСС, центральные проводники которых соединены с парой возбуждающих зондов 2 длиной 1...2 периода АСС. Зонды установлены эквидистантно на расстоянии, равном радиусу ребра АСС параллельно ее продольной оси. Между экраном 3 и ребристо-стержневой АСС расположен радиальный трансформатор 4. Цилиндрические проводники зондов закреплены с помощью диэлектрических втулок 7, которые упираются с одной стороны в экран 3, с другой - в ребро АСС.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

К коаксиальным выводам 1 подводится СВЧ-сигнал в противофазе, который продолжает распространяться вдоль зондов 2, возбуждая поле первой азимутально-неоднородной гибридной волны. Эквидистантное расположение пары зондов 2 относительно продольной оси АСС на расстоянии, равном диаметру ребра, обеспечивает максимальную связь, так как зонды располагаются в пучностях продольной компоненты электрического поля рабочей волны НЕ₁₁ и способствует эффективному возбуждению АСС. Поляризованная развязка для возбуждаемой рабочей волны в ортогональных плоскостях максимальна за счет формы и расположения возбуждающих зондов так, что поляризационные характеристики антенны не будут ухудшены за счет источника возбуждения.

Использование: в радиолокационных станциях, на поверхности корпусов летательных аппаратов, в гибридных зеркальных антеннах. Сущность изобретения: устройство содержит аксиально-симметричную структуру, которая закреплена на экране, и два возбуждающих зонда. Каждый возбуждающий зонд соединен одним концом с коаксиальным разъемом, выполненным в экране, а другой его конец разомкнут. Экран выполнен в виде полого стакана, а возбуждающие зонды расположены эквидистантно относительно его продольной оси и размещены в диэлектрических втулках. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. РЕБРИСТО-СТЕРЖНЕВАЯ АНТЕННА, содержащая аксиально-симметричную структуру, закрепленную на экране, и два возбуждающих зонда, расположенных эквидистантно относительно продольной оси аксиально-симметричной структуры по образующей ребер и изолированных от нее, один конец каждого возбуждающего зонда соединен с соответствующим запитывающим проводником посредством коаксиального разъема, выполненного в экране, отличающаяся тем, что второй конец каждого возбуждающего зонда выполнен разомкнутым, а экран выполнен в виде образующего радиальный трансформатор полого стакана, длина которого меньше одного периода аксиально-симметричной структуры, а внутренний диаметр D выбран из соотношений
λ/3≅D и D≅λ/2,
при этом возбуждающие зонды расположены на расстоянии, равном диаметру ребер аксиально-симметричной структуры, в которых выполнены соответствующие выемки, где λ - рабочая длина волны. 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что каждый возбуждающий зонд размещен в диэлектрической втулке, которая закреплена одним концом на экране, а другим - на соответствующем ребре аксиально-симметричной структуры.