СИСТЕМА "АНТЕННА-ОБТЕКАТЕЛЬ" Российский патент 1997 года по МПК H01Q1/42 

Изобретение относится к антенной технике. Преимущественно к системам "антенна-обтекатель" аппаратуры радиовзрывателя зенитных ракет.

Известны системы "антенна -обтекатель" содержащие однослойную стенку из диэлектрического материала в виде колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, волноводный облучатель и сканирующий отражатель [1] Кроме того, известны системы "антенна-обтекатель", содержащие однослойную стенку из диэлектрического материала в виде колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, рамочную антенну, неподвижно зафиксированную относительно обтекателя [2]
Также известны системы "антенна -обтекатель" содержащие однослойную стенку из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату и эрозионно стойкий металлический наконечник [3]
Задача, на решение которой направлено данное изобретение создание системы "антенна-обтекатель" с воронкообразной диаграммой направленности.

Для решения поставленной задачи предлагается система "антенна -обтекатель", содержащая однослойную стенку из диэлектрического материала в виде колпака 1, снабженного узлом крепления к летательному аппарату 2, эрозионно стойкий металлический наконечник 3, волновод 4, широкие стенки которого продлены в виде крыльев и образуют перегородку 5, в каждой широкой стенке волновода симметрично вдоль его оси прорезаны щели 6, для возбуждения щелей используется штырь, соединяющий две широкие стенки волновода 7, с одного конца волновод заканчивается фланцем, конструктивно объединенным с отражающим диском 8, с другого конца волновод заканчивается перемещающимся поршнем 9, служащим настраиваемым элементом системы "антенна-обтекатель" с помощью винта 10, и конусным отражателем 11, который вместе с отражающим диском 8 формирует воронкообразную диаграмму направленности, с осью воронки, совпадающей с осью обтекателя, фланец волновода соединяется с аппаратурой радиовзрывателя переходником 12, одновременно являющимся элементом крепления антенны относительно корпуса летательного аппарата 13.

Так как в осевом направлении система "антенна-обтекатель" излучения не создает, то установка металлического наконечника практически не изменяет радиотехнические характеристики системы "антенна-обтекатель". Другим преимуществом данной конструкции является хорошее согласование входа антенны (низкий КСВН в диапазоне частот), что обеспечивается как конструкцией самой антенны, так и выбором "полуволновой" толщины стенки обтекателя. Толщина выбирается по известной формуле [4]

где l длина волны;
e диэлектрическая проницаемость материала;
q угол падения главного лепестка диаграммы направленности на стенку обтекателя.

Следует также отметить простоту компановки и стыковки волноводного выхода передатчика с антенной.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлена конструкция системы "антенна-обтекатель" и стыковка ее с аппаратурой радиовзрывателя 14; на фиг. 3 измеренная диаграмма направленности системы "антенна-обтекатель" на средней частоте при горизонтальном положении перегородки относительно земли; на фиг. 4 - измеренная диаграмма направленности системы "антенна-обтекатель" на средней частоте при вертикальном положении перегородки относительно земли; на фиг. 5 - диаграмма направленности системы "антенна-обтекатель" при фиксированном угловом положении в горизонтальной плоскости ( v72^o) при прокачке вокруг собственной оси системы "антенна-обтекатель"; на фиг. 6 схема измерений диаграммы направленности с указанием обозначений углов отворота (измерения проводились при линейной вертикальной поляризации вспомогательной рупорной антенны); на фиг. 7 измеренные значения КСВН волноводного входа системы "антенна-обтекатель" в диапазоне частот.

Рассмотрим пример конструкции системы "антенна-обтекатель" со следующими основными конструктивными характеристиками:
Высота обтекателя 9 l
Диаметр у основания 5,2 l
Расстояние от основания до отражающего диска 1,5 l
Диаметр отражающего диска 4,1 l
Высота антенны 2,7 l
Сечение волновода 0,72 l х 0,31 l
Максимальный диаметр конуса 2,3 l
Угол при вершине конуса 100^o;
Расстояние от диска до середины щели (штырь) 0,75 l
Размеры щелей 0,5 l х 0,063 l
Толщина стенки из диэлектрического материала обтекателя 0,26 l
Принцип работы предложенной конструкции системы "антенна-обтекатель" легко понять по аналогии излучения полуволновой щели в бесконечном экране. Как известно [5] такая щель создает диаграмму направленности в виде тора, с осью тора совпадающей с продольной осью щели. Отражающий диск 8 и конусный отражатель 11 создают из торообразной диаграммы направленности - воронкообразную. Подбирая угол при вершине конусного отражателя и относительные размеры отражающего диска 8 и конусного отражателя 11 можно изменять угол наклона диаграммы направленности и коэффициент усиления системы "антенна-обтекатель". Для приведенного выше примера конструкции коэффициент усиления равен 7,5 дБ.

Конструкция системы "антенна -обтекатель" содержит однослойную стенку из диэлектрического материала в виде колпака 1, снабженного узлом крепления к летательному аппаратур 2, эрозионно стойкий металлический наконечник 3, волновод 4, широкие стенки которого продлены в виде крыльев и образуют перегородку 5, в каждой широкой стенке волновода симметрично вдоль его оси прорезаны щели 6, для возбуждения щелей используется штырь, соединяющий две стенки волновода 7, с одного конца волновод заканчивается фланцем, конструктивно объединенным с отражающим диском 8, с другого конца волновод заканчивается перемещающимся короткозамкнутым поршнем 9, служащим настраиваемым элементом системы "антенна -обтекатель" с помощью винта 10, и конусным отражателем 11, который вместе с отражающим диском 8 формирует воронкообразную диаграмму направленности, с осью воронки, совпадающей с осью обтекателя, фланец волновода соединяется с аппаратурой радиовзрывателя переходником 12, одновременно являющимся элементом крепления антенны относительно корпуса летательного аппарата 13.

Устройство работает следующим образом. Сигнал передатчика с аппаратуры радиовзрывателя через переходник 12 поступает на вход волновода 4 через фланец. Распространяясь по волноводу электромагнитная волна возбуждает штырь 7, а тот в свою очередь возбуждает две полуволновые щели 6, расстояние от штыря до короткозамкнутого поршня 9 выбирается из условия лучшего возбуждения штыря. Диаграмма направленности системы "антенна-обтекатель" формируется отражающим диском 8 и конусным отражателем 11, толщина стенки обтекателя выбирается "полуволновой" для угла падения, соответствующего главному максимуму диаграммы направленности. Широкие стенки волновода продлены в виде крыльев и образуют перегородку 5, которая играет роль бесконечного экрана, что обеспечивает практически круговую диаграмму направленности при вращении системы "антенна-обтекатель" вокруг своей оси фиг. 5. Диаграммы направленности в двух сечениях, соответствующих плоскости перегородки и перпендикулярно к ней, показаны на фиг. 3 и 4.

Измеренная кривая КСВН системы "антенна-обтекатель" в диапазоне частот показана на фиг. 7. Как видно из рисунка, согласование входа системы с выходом передатчика имеет хорошие технические характеристики.

Источники информации
1. Патент США N 3314070, Конусообразный обтекатель, НКИ 343-708, опубл. 11.04.1967.

2. Резников Г.Б. Антенны летательных аппаратов. М. Сов. радио, 1967, с. 298.

3. Каплун В.А. Обтекатели антенн СВЧ. М. Сов. радио, 1974, с. 11, 13.

4. Пригода Б.А. Кокунько В.С. Обтекатели антенны летательных аппаратов. М. 1970, с. 52.

5. Драбкин А.Л. Зузенко В.Л, Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства, М. 1974, с. 234.

Изобретение относится к антенной технике СВЧ. Преимущественно к проектированию систем "антенна-обтекатель" зенитных ракет с аппаратурой радиовзрывателя. Предлагаемая система "антенна-обтекатель" содержит однослойную стенку "полуволновой" толщины из диэлектрического материала, эрозионно стойкий металлический наконечник, антенну щелевого типа с дисковым и конусным рассеивателем, антенна жестко закреплена относительно обтекателя и корпуса летательного аппарата. Такая конструкция системы "антенна-обтекатель" обеспечивает малые потери, хорошее согласование с выходом передатчика, простую компоновку изделия и требуемую воронкообразную диаграмму направленности. 7 ил.

Система антенна обтекатель, содержащая однослойную стенку из диэлектрического материала в форме колпака, снабженного узлом крепления к летательному аппарату, эрозионно-стойкий металлический наконечник, отличающаяся тем, что узел крепления к летательному аппарату жестко связан переходником с волноводом, широкие стенки волновода продлены в виде крыльев и образуют перегородку, разделяющую внутренний объем системы антенна - обтекатель на две равные части, в каждой широкой стенке волновода симметрично вдоль его оси прорезаны щели, внутри волновода две широкие стенки соединены штырем, с одного конца волновод заканчивается фланцем, конструктивно объединенным с отражающим диском, с другого конца короткозамкнутым поршнем, перемещающимся с помощью винта, и конусным отражателем.