АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК H01Q1/42 

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам СВЧ, преимущественно к антенным обтекателям с пониженным уровнем отражений электромагнитной энергии.

Известны антенные обтекатели, содержащие однослойную стенку из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, толщина однослойной стенки выбирается из условия
≅ d ≅ где d толщина однослойной стенки;
λ длина волны в свободном пространстве;
ε диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала однослойной стенки антенного обтекателя.

Также известны антенные обтекатели, содержащие однослойную стенку из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату с переменной толщиной стенки в радиопрозрачной зоне как вдоль образующей антенного обтекателя, так и в поперечном сечении.

Такие антенные обтекатели обладают недостаточной широкополосностью по вносимым пеленгационным ошибкам.

Цель изобретения увеличение широкополосности антенного обтекателя по вносимым пеленгационным ошибкам.

Это достигается тем, что применяется антенный обтекатель, содержащий однослойную стенку из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, в качестве диэлектрического материала использован диэлектрический материал с танген- сом диэлектрических потерь в пределах 0,02 ≅ tg δ≅ 0,10, а толщина однослойной стенки выбрана из условия
≅ d ≅ где d толщина однослойной стенки;
λ длина волны в свободном пространстве;
ε диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала однослойной стенки.

Известно, что пеленгационные ошибки, вносимые обтекателем, являются в основном следствием различных фазовых задержек лучей, проходящих через стенку антенного обтекателя при различных углах падения. На практике диапазон углов падения на стенку антенного обтекателя может изменяться от 0 до 90^о. Рассмотрим пример расчета вносимых фазовых задержек (ΔΦ_⊥) от угла падения электромагнитной волны (θ) для плоского слоя в диапазоне углов падения от 9 до 90^о.

На фиг. 1 приведены результаты расчета для трех значений диэлектрических потерь tg δ 0,01; 0,05; 0,10. Расчеты проведены для плоского слоя по методике работы [1] для перпендикулярной поляризации. Расчеты проводились для трех значений рабочей частоты (длины волны) f_ср.=9,324 ГГц; f_в f_ср. + 0,05 f_ср.; f_н f_ср. 0,05 f_ср. для следующих параметров слоя; d 10 мм; ε 3,42. Как видно из результатов расчетов, с увеличением диэлектрических потерь различия кривых фазовых задержек в диапазоне частот уменьшаются, кривые выравниваются. Хотя электрическая толщина слоя (фазовая толщина) с увеличением потерь несколько увеличивается. Особенно это заметно в диапазоне углов падения от 40 до 80^о.

Аналогичные результаты можно получить для случая параллельной поляризации.

Рассчитанные значения коэффициентов прохождения по мощности для перпендикулярной поляризации (Т) в зависимости от угла падения электромагнитной волны (θ) для плоского слоя приведены на фиг. 2.

Как видно из фиг. 2 с увеличением диэлектрических потерь до значения tg δ 0,10 коэффициент прохождения плоского слоя падает примерно на ≈ 3 дБ, что вполне естественно. Известно, что если радиусы кривизны антенного обтекателя значительно больше длины волны в свободном пространстве, то для анализа радиотехнических характеристик антенного обтекателя можно использовать расчетные данные для плоских слоев. Поэтому можно предположить, что выравнивание кривых фазовых задержек в диапазоне частот при увеличении диэлектрических потерь плоского слоя приведет к такому же эффекту для оживального антенного обтекателя по пеленгационным ошибкам.

Проведены расчеты на основе трехмерной математической модели.

На фиг. 3 представлены рассчитанные значения пеленгационных ошибок для антенного обтекателя оживальной формы для тех же значений ε и tg δ что и для плоского слоя. Расчеты проведены на средней и крайних частотах 10% диапазона для канала тангажа. Расстояние от центра прокачки антенны до носка обтекателя задавалось равным 33 λ, диаметр антенны 10 λ, где λ длина волны в свободном пространстве.

Как видно из фиг. 3, с увеличением диэлектрических потерь кривые пеленгационных ошибок выравниваются. На чертеже приняты следующие обозначения: Δ пеленгационная ошибка, вносимая антенным обтекателем в определение равносигнального положения (в угловых минутах), α угол отворота антенны (в градусах).

На фиг. 4 приведены рассчитанные значения коэффициента прохождения (КП) по мощности для антенного обтекателя оживальной формы. Как видно из чертежа с увеличением диэлектрических потерь значения коэффициента прохождения антенного обтекателя уменьшаются на величину примерно ≈ 3 дБ, что потверждает правильность расчетов аналогичного плоского слоя. Уменьшение коэффициента прохождения может быть скомпенсировано, например, использованием комбинированного метода наведения летательного аппарата.

Полученные результаты легко объяснить физически, если представить стенку антенного обтекателя в виде аналога резонансного контура, где роль активного сопротивления играет тангенс угла диэлектрических потерь. Известно, что с увеличением потерь добротность такого контура уменьшается, а полоса частот возрастает.

Для дополнительного компенсирования пеленгационных ошибок антенного обтекателя предложенной конструкции могут быть использованы известные способы, например профилирование стенки.

Изобретение преимущественно относится к однослойным обтекателям, но может быть использовано и для многослойных обтекателей с пониженным уровнем отражений энергии.

Предложенная конструкция антенного обтекателя не только обладает стабильными пеленгационными ошибками в диапазоне частот, но и значительно меньшими изменениями пеленгационных ошибок от допусков на точность изготовления антенного обтекателя и меньшим разбросом пеленгационных ошибок при изменении диэлектрической проницаемости при нагреве.

Сущность изобретения: однослойная стенка из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату. Оговорена диэлектрическая проницаемость материала и приведено математическое выражение для определения толщины однослойной стенки. 4 ил.

АНТЕННЫЙ ОБТЕКАТЕЛЬ, содержащий однослойную стенку из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, отличающийся тем, что в качестве диэлектрического материала использован диэлектрический материал с тангенсом диэлектрических потерь, лежащим в пределах 0,02 ≅ tgδ ≅ 0,10, а толщина однослойной стенки выбрана из условия

где d - толщина однослойной стенки;
λ - длина волны в свободном пространстве;
e - диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала однослойной стенки.