АНТЕННА Российский патент 1997 года по МПК H01Q13/18 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в составе радиотехнических систем, функционирующих в условиях воздействия помех.

Известна широкодиапазонная антенна, содержащая два излучателя электрического типа, совмещенные в одной конструкции, причем все излучатели соединены по мостовой схеме [1]
Известна широкодиапазонная антенна, основанная на принципе самодополненности, представляющая собой повторяющуюся структуру из электрических и щелевых излучателей [2]
Известна самолетная антенна, представляющая собой крестообразную щель, возбуждаемую резонатором [3]
Наиболее близкой по техническому исполнению к предлагаемой является антенна, состоящая из двух взаимно перпендикулярных прямолинейных щелей, и схемы питания [4] Заявляемое устройство направлено на решение задачи формирования нуля диаграммы направленности (ДН) в заданном направлении.

Решение подобной задачи возможно в том случае, если в антенне, состоящей из двух взаимно перпендикулярных щелей, закрытых с одной стороны резонатором крестообразной формы, четырех отдельных вибратора, возбуждающих попарно в фазе половины каждой щели, и схемы питания, центральная часть взаимно перпендикулярных прямолинейных щелей, образованная при их пересечении, закрыта металлическим экраном, перпендикулярно плоскости размещения прямолинейных щелей в центре металлического экрана установлен несимметричный электрический вибратор, возбуждаемый со сдвигом по фазе на 90^o относительно четырех отдельных вибраторов, причем для заданных распределения тока и направления θ_o,Φ_o электрические размеры L_mx,L_my,L_z прямолинейных щелей и несимметричного электрического вибратора должны удовлетворять системе уравнений [5]

x, y, z переменные интегрирования:
J_mx(x), J_my(y), J_z(z) комплексные амплитуды магнитных и электрического токов;
W волновое сопротивление свободного пространства.

На фиг. 1 изображена предложенная антенна с иллюстрацией подключения питания к антенне; на фиг.2 сечения ДН предложенной антенны при заданном направлении нуля ДН.

В таблице приведены электрические размеры прямолинейных щелей и несимметричного электрического вибратора, позволяющие сформировать нуль ДН в некоторых заданных направлениях.

Антенна состоит из двух взаимно перпендикулярных прямолинейных щелей 1 и 2, закрытых с одной стороны резонатором крестообразной формы 3, четырех отдельных вибраторов 4-7, возбуждающих попарно в фазе половины каждой щели, и схемы питания 8 (фиг.1). Центральная часть крестообразной щели, полученная при пересечении взаимно перпендикулярных прямолинейных щелей 1 и 2, закрыта металлическим экраном 9. Перпендикулярно плоскости размещения прямолинейных щелей 1 и 2 в центре металлического экрана 9 установлен несимметричный электрический вибратор 10. Входы четырех отдельных вибраторов 4-7 и несимметричного электрического вибратора 10 связаны с соответствующими выходами схемы питания 8, имеющей один вход. Электрические размеры прямолинейных щелей 1 и 2 соответственно равны L_mx и L_my. Электрическая длина несимметричного электрического вибратора 10 равна L_z. Для заданных распределений тока и направлений θ_o,Φ_o электрические размеры L_mx, L_my, L_z должны удовлетворять системе уравнений (1) и могут выбираться с учетом дополнительных требований, о которых сказано дальше.

Работа устройства организована следующим образом.

Декартова система координат выбрана таким образом, чтобы прямолинейные щели 1 и 2 были ориентированы вдоль осей ОX и OY соответственно, а несимметричный электрический вибратор 10 вдоль оси 0Z (фиг.1). В заданном направлении θ_o,Φ_o в сферической системе координат, относящейся к данной декартовой системе координат, нуль векторной ДН может быть сформирован, если θ и Φ компоненты векторной ДН обращаются в нуль, т.е. для данной антенны должна удовлетворяться система уравнений (1). Из (1) следует, что электрические размеры L_mx, L_my, L_z для формирования нуля ДН в направлении q_o,Φ_o при заданных комплексных амплитудах токов могут быть рассчитаны, если один из размеров фиксирован. При этом тригонометрический сомножитель перед соответствующей проекцией векторной ДН в системе уравнений (1) не должен быть равен нулю. Из существующего континуума решений электрические размеры L_mx, L_my, L_z могут быть получены из дополнительных требований, к которым, в частности, могут быть отнесены: направление максимума излучения, равномерность ДН, максимальный коэффициент направленного действия, предельные размеры электрических вибраторов и т.д.

В таблице приведены значения L_mx, L_my, L_z, позволяющие сформировать нуль ДН для случая синусоидального распределения токов, которое является наиболее распространенным для тонких электрических и магнитных вибраторов в некоторых заданных направлениях в верхней полусфере.

На фиг.2 приведены сечения ДН предложенной антенны для первого заданного в таблице направления.

На фиг.1 не показаны элементы согласования и симметрирования вибратора и резонатора с питающими линиями, так как эти элементы являются известными, а их отсутствие непринципиально для понимания сущности изобретения.

Возбуждение крестообразной щели производится одним из известных способов, описанным, например в [4, с.316, рис.8.10] причем это возможно с помощью одного крестообразного резонатора [4, рис.8.10а] либо с помощью четырех отдельных резонаторов, в свою очередь возбуждаемых путем применения симметричной схемы питания, изображенной на рис.8.10в, где половинки каждой щели запитываются в фазе двумя отдельными вибраторами. Несимметричный электрический вибратор может быть установлен либо в центре крестообразной щели, либо смещен от него на толщину резонатора. В последнем случае в выражении (4) появится дополнительный фазовый множитель, учитывающий величину смещения. Возбуждение несимметричного электрического вибратора не отличается от известных вариантов и может быть произведено так же, как и в [4, с.251, рис.6б]
Делители мощности, входящие в состав схемы питания 8, в том числе и делители мощности в заданном соотношении, могут быть выполнены без особых затруднений [6]
Таким образом, получаемый технический результат, достигаемый в результате введения в антенну, состоящую из двух взаимно перпендикулярных прямолинейных щелей, закрытых с одной стороны резонатором крестообразной формы, четырех отдельных вибраторов, возбуждающих попарно в фазе половины каждой щели, и схемы питания несимметричного электрического вибратора, и изменений в схеме питания, заключается в формировании нуля ДН антенны в заданном направлении.

Источники информации
1. А.С. N 987731 кл. H 01 Q 19/00, 17.01.83.

2. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. М. Связь, 1977, с.122-123.

3. Либоу, Джордан мл. Друйе мл. Система связи через ИСЗ с подвижными объектами. ТИИЭР, 1971, т.59, N 2, с.31-53; 1967 416 с. с.316, рис. 8,10.

5. Бахрах Л.Д. Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем (теория и методы расчета). М. Советское радио. 1974, с.232.

6. Микроэлектронные устройства СВЧ: Учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов / Г.И.Веселов, Е.Н.Егоров, Ю.Н.Алехин и др. Под редакцией Г.И.Веселова. М. Высш. шк. 1988, с.280.8

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в составе радиотехнических систем, функционирующих в условиях воздействия помех. Антенна состоит их двух взаимно перпендикулярных щелей, закрытых с одной стороны резонатором крестообразной формы, четырех отдельных вибраторов, возбуждающих попарно в фазе половины каждой щели, и схемы питания. Для решения задачи формирования нуля диаграммы направленности в заданном направлении центральная часть взаимно перпендикулярных прямолинейных щелей, oбразованная при их пересечении, закрыта металлическим экраном, перпендикулярно плоскости размещения прямолинейных щелей в центре металлического экрана установлен несимметричный электрический вибратор, возбуждаемый со сдвигом по фазе на 90^o относительно четырех отдельных вибраторов, причем для заданных распределения тока отдельных вибраторов, причем для заданных распределения тока и направления θ_o,Φ_o электрические размеры L_mx, L_my, L_z прямолинейных щелей и несимметричного электрического вибратора должны удовлетворять системе уравнений [5], указанных в описании. 1 табл., 2 ил.

Антенна, состоящая из двух взаимно перпендикулярных прямолинейных щелей, закрытых с одной стороны резонатором крестообразной формы, четырех отдельных вибраторов, возбуждающих попарно в фазе половины каждой щели, и схемы питания, отличающаяся тем, что центральная часть взаимно перпендикулярных щелей, образованная при их пересечении, закрыта металлическим экраном, перпендикулярно плоскости размещения прямолинейных щелей установлен несимметричный электрический вибратор, возбуждаемый со сдвигом по фазе на 90^o относительно четырех отдельных вибраторов, причем для заданных распределения тока и направления θ_o,Φ_o электрические размеры L_m x, L_m y, L_z прямолинейных щелей и несимметричного электрического вибратора должны удовлетворять системе уравнений

где



x, y, z переменные интегрирования в декартовой прямоугольной системе координат в пространстве;
θ_o,Φ_o - меридиональный и азимутальный углы соответственно, определяющие направление формирования нуля диаграммы направленности антенны и заданные в сферической системе координат, начало которой совпадает с началом декартовой прямоугольной системы координат в пространстве;
i мнимая единица;
индексы x, y, z обозначают соответствующие проекции векторных функций на орты декартовой прямоугольной системы координат в пространстве;
индекс m указывает, что параметр или функция относится к прямолинейным щелевым излучателям;
J_m x(x), J_m y(y), J_z(z) комплексные амплитуды магнитных и электрического тока;
W волновое сопротивление свободного пространства.