АНТЕННА РУПОРНОГО ТИПА Российский патент 1995 года по МПК H01Q13/02 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано как самостоятельно, так и в качестве облучателя более сложной зеркальной антенны СВЧ-диапазона.

Известна антенна рупорного типа, работающая на волне Н₁₁, в которой для повышения КУ в объеме между волноводной и рупорной частью установлена вставка в виде отрезка волновода такого диаметра, в котором может возбуждаться волна К₁₁. При этом длина рупорной части выбрана из условия синфазности в излучающем раскрыве между основной волной Н₁₁ и дополнительной Е₁₁. Такой рупор имеет в раскрыве более равномерное и при этом синфазное распределение, чем исходный и поэтому обеспечивает повышение КУ.

Недостатком такой антенны является относительно узкий рабочий диапазон (порядка 3% ) и невозможность применения такого подхода к излучателю в виде открытого конца одноволнового волновода (в нем нельзя возбудить моды высших порядков).

Известна рупорная антенна, содержащая корректирующий элемент в поле ее излучения в виде линзы или металлической вставки. Вставка устанавливается вдоль оси рупора внутри его. Такая рупорная антенна в случае металлической вставки обеспечивает повышение КУ за счет возбуждения на вставке гибридной волны типа Е и ее последующего фазирования с основной волной, что выполняется подбором места установки втулки.

Недостатками антенны являются не очень существенное повышение КУ, невозможность применения вставки в одноволновом открытом конце волновода и невозможность получения асимметричного главного максимума диаграммы при сохранении точечного фазового центра во всех плоскостях поля.

Целью изобретения является увеличение КУ и формирование главного лепестка требуемой формы при минимизации габаритов антенны.

Сущность изобретения заключается в том, что корректирующий элемент выполнен в виде по крайней мере одного резонансного кольца, установленного внутри антенны или перед ее раскрывом посредством радиопрозрачного крепления, создающего дополнительное поле, которое может быть сфазировано с основным подбором местоположения резонансных колец.

На фиг. 1 показана конструктивная схема выполнения антенного устройства в варианте открытого конца круглого волновода, возбуждаемого по волне Н₁₁; на фиг. 2 то же, для антенны рупорного типа; на фиг. 3 характер изменения формы диаграммы рупорного типа при различном расположении вдоль оси антенны одного резонансного кольца; на фиг. 4 преобразование симметричной диаграммы в асимметричную при одном резонансном кольце; на фиг. 5 зависимость изменения КУ открытого конца волновода в функции расстояния между раскрывом и одной парой совмещенных проволочных резонансных колец, плоскости которых взаимно ортогональны, а в точках пересечения колец имеется электрический контакт (пунктиром показаны возможные положения колец относительно антенны; d_вн.к внутренний диаметр проволочного кольца; 1 антенна рупорного типа; d_в диаметр излучающего раскрыва антенны; 2, 3 и 4 проволочные резонансные кольца в местах их возможного расположения; t расстояние вдоль оси антенны между плоскостью ее раскрыва и кольцом; s расстояние смещения кольца в сторону от плоскости симметрии АА. Для осесимметричной антенны плоскость симметрии может совпадать либо с плоскостью Е, либо с плоскостью Н основного поля Н₁₁).

Антенна рупорного типа по п. 1 выполняется в виде открытого конца волновода 1 (см. фиг. 1) или в виде конического рупора 1, например, с изломом образующей (см. фиг. 2). Она содержит корректирующий элемент 2 (3, 4), выполненный в виде по крайней мере одного основного проволочного кольца, установленного внутри антенны или перед ее раскрывом посредством радиопрозрачного крепления, при этом плоскости проволочных колец параллельны плоскости вектора Е напряженности электрического поля, их диаметр d_вн.к. равен λ / π, а диаметр проволоки не более λ/15, где λ рабочая длина волны.

Антенна по п. 2 отличается тем, что плоскости проводящих колец, показанных на фиг. 1 и 2 сплошными линиями, совмещены с плоскостью симметрии АА антенны, в данном случае с плоскостью вектора Е.

Антенна по п. 3 отличается тем, что плоскости проводящих колец, показанных на фиг. 1 и 2 пунктиром, смещены в одну сторону от плоскости симметрии антенны (плоскости Е или плоскости Н в данных примерах). Антенна по п. 4 отличается тем что введены дополнительные проволочные кольца, которые идентичны основным проволочным кольцам (см. фиг. 5), их центры 0 совмещены с центрами основных проволочных колец, плоскости Хt и Yt взаимно ортогональны, а в точках пересечения колец а и b имеется электрический контакт.

Подбор расстояний t или s производится для каждого конкретного случая экспериментально в зависимости от требующихся характеристик антенны.

Изобретение иллюстрируется примерами. На фиг. 3 и 4 представлены графики измерения устройства со следующими данными: f 8,15 ГГц/ λ= 36,8 мм), рупорного типа с d_р 72 мм, половина угла раствора конуса α₂= 55^о/см, фиг. 2), с одним кольцом d_вн.к 10 мм. На фиг. 3 приведены диаграммы в плоскости Е одного рупора (пунктир), устройства с кольцом на расстоянии t -10 мм (штрих-пунктир) и устройства с кольцом на оптимальном расстоянии t O мм (сплошная линия). Видно, что сигнал возрос на Δ 5 дБ, главный лепесток сузился, а боковые упали.

На фиг. 4 показана диаграмма устройства по п. 3: кольцо смещено в сторону от оси симметрии АА на расстояние s 5 мм (сплошная линия). Такая ДН оптимальна для антенн с вынесенным облучением. На фиг. 5 дан пример устройства по п. 4 для случая открытого конца волновода (см. фиг. 1) с d_в 32 мм, двумя совмещенными кольцами с d_вн.к 10 мм. Видно, что при t -10 мм прирост поля Δ 7,5 дБ.

Использование: антенная техника, облучатели зеркальных антенн. Сущность изобретения: в антенны рупорного типа перед раскрывом антенны или внутри нее установлены проволочные кольца диаметром λ/π и диаметром проволоки не более l /15, где l - рабочая длина волны. Плоскости колец могут быть совмещены с плоскостью симметрии антенны или смещены в одну сторону от нее. Введены дополнительные проволочные кольца, плоскости которых ортогональны плоскости основных колец, их центры совмещены, а в точках пересечения имеется электрический контакт. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. АНТЕННА РУПОРНОГО ТИПА, содержащая корректирующий элемент, отличающаяся тем, что корректирующий элемент выполнен в виде по крайней мере одного основного проволочного кольца, установленного внутри антенны или перед ее раскрывом посредством радиопрозрачного крепления, при этом плоскости проволочных колец паралельны плоскости вектора напряженности электрического поля, их диаметр равен λ/π , а диаметр проволоки d ≲ λ/15 , где λ - рабочая длина волны. 2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что плоскости проволочных колец совмещены с плоскостью симметрии антенны. 3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что плоскости проводящих колец смещены в одну сторону от плоскости симметрии антенны. 4. Антенна по пп.1 3, отличающаяся тем, что введены дополнительные проволочные кольца, которые идентичны основным проволочным кольцам, их центры совмещены с центрами основных проволочных колец, их плоскости взаимно ортогональны, а в точках пересечения колец имеется электрический контакт.