РАМОЧНАЯ АНТЕННА ДЛЯ ДВУХ КРУГОВЫХ ПОЛЯРИЗАЦИЙ Российский патент 1998 года по МПК H01Q7/04 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокационных, связных, радиоастрономических и других антенных системах.

Известны антенны, имеющие два раздельных входа для двух линейных поляризаций или двух круговых поляризаций с разным направлением вращения, например, рупорный волноводный облучатель антенн спутниковой связи [1]. Известны диапазонные системы этого типа, построенные по принципу совмещения нескольких антенн с различными рабочими частотами [2]. Недостатком волноводных систем является громоздкость совмещенной конструкции, ограниченность количества рабочих частот (не более трех) и неприменимость волноводных устройств для дециметровых и более длинных волн.

Известна диапазонная антенная система, состоящая из нескольких соосных кольцевых рамок на различные рабочие частоты. Эта система, описанная в [3] и [4], может использоваться как в сантиметровом, так и в дециметровом и метровом диапазонах волн. Отдельные антенны [3] имеют по два входа для двух круговых поляризаций и размещаются на вертикальных опорах, что позволяет комбинировать антенны, вкладывая их одна в другую. Недостатком рамочных антенн [3] является сложность системы питания и фазирования, состоящей из делителей и квадратурных мостов, образующих резонаторы бегущей волны. Резонаторы выполнены на линиях передачи нестандартного сечения, вследствие чего отсутствует возможность теоретического расчета антенн и они должны отрабатываться экспериментально. Кроме того, сложная резонаторная схема питания является узкополосной, и следовательно, критичной в настройке, а также обладает повышенными потерями.

Целью изобретения является создание кольцевой рамочной антенны для двух круговых поляризаций на вертикальных стойках, допускающих вложение антенн с целью получения диапазонной системы, но имеющей простую и надежную в расчете и изготовлении схему питания и фазирования. Известна трубчатая рамочная антенна, питаемая в зазоре трубки с помощью образованной трубкой коаксиальной линией [5] , 453. Такая схема питания рамки оказывается наиболее простой и антенна [5] является наиболее близким прототипом изобретения.

Цель достигается тем, что рамочная антенна выполнена в виде кольца из дуговых отрезков коаксиальной линии по 120^o, которое поддерживается над металлическим основанием трубчатыми опорами, при этом возбуждение кольца осуществляют в трех зазорах кольца напряжениями, сдвинутыми по фазе на 120^o, по дуговым отрезкам коаксиальной линии и по коаксиальным линиям трубчатых опор. Благодаря этому существенно упрощается схема фазирования и питания рамки, поскольку оказывается возможным отказаться от резонаторов бегущей волны и осуществить фазирование отрезками коаксиальной линии передачи. При этом схему можно рассчитать теоретически по значению входного сопротивления кольцевой рамки на рабочей частоте.

На чертеже представлена рамочная антенна, общий вид.

Антенна содержит кольцо, выполненное из дуговых отрезков 1 по 120^o каждый, поддерживаемое над металлическим основанием 2 парными трубчатыми опорами 3, 4 и 5 с настречными шлефами 6, 7 и 8 на опорных трубках и коаксиальными входами антенны 9 и 10 в двух опорах. Дуговые отрезки коаксиальной линии передачи и отрезки коаксиальной линии опор обеспечивают питание и требуемый режим работы антенны: напряжения в зазорах между дуговыми отрезками, сдвинутые по фазе на +120^o для одной круговой поляризации и -120^o для другой, независимую работу (развязку) двух круговых поляризаций, входное согласование. По экспериментальным данным наибольшую рабочую полосу частот 20 процентов антенна имеет при диаметре кольца 0,4 длины волны на средней рабочей частоте и при опорах высотой 0,25 длины волны.

Антенна работает следующим образом. Входной сигнал для одной из круговых поляризаций поступает по коаксиальной линии 9 трубчатой опоры и разветвляется в двух направлениях по дуговым коаксиальным линиям кольца. Благодаря фазовым задержкам в дуговых отрезках и подстроечным реактивным шлейфам 6, 7 и 8, в трех зазорах кольца возникают напряжения с фазами, отличающимися на 120^o, а два сигнала, прошедшие по кольцу в противоположных направлениях, взаимно компенсируются в точке включения входной линии для противоположной поляризации, обеспечивая развязку между входами. При наличии зеркальной симметрии конструкции рамочной антенны режим для второго входа будет отличаться только противоположным распределением фазовых задержек, что соответствует противоположному вращению круговой поляризации. Согласование достигается трансформацией входного сопротивления коаксиальных линий трубчатых опор.

Предлагаемая рамочная антенная имеет простую схемы питания и фазирования, которая может быть выполнена по теоретическим расчетам, более широкополосна вследствие отказа от резонансной системы питания, что повышает надежность антенны и стабильность ее параметров.

Источники информации:
1. Разделитель поляризаций. Производственное объединение "РАДИЙ". Москва. Часовая, 28.

2. 4/6 GHz Feed System and with Diplexing OMT. Space Communications System and Equipment. ANT Bosch Telecom. 1992.

3. В. М. Богод, В.Н. Дикий, Д.В. Корольков, В.Е. Сорель. Многоволновый облучатель на основе резонатора бегущей волны с единым фазовым центром для использования в радиоастрономии. Астрофизические исследования (Изв. САО АН СССР), т. 17, 1983 г.

4. Разработка криостатируемого облучателя S/X диапазона. Отчет по 1 этапу НИ - ОКР. Прилагается.

5. Г. Н. Кочержевский. Антенно-фидерные устройства. Учебное пособие. Связь. Москва, 1972.0

Рамочная антенна для двух круговых поляризаций относится к радиотехнике и может быть использована в радиолокационных, связных, радиоастрономических и других антенных системах. Задачей изобретения является создание рамочной антенны для двух круговых поляризаций на вертикальных стойках, допускающей вложение антенн с целью получения диапазонной системы, но имеющей простую и надежную в расчете и изготовлении схему питания и фазирования. Задача решается таким образом, что в кольцевой рамочной антенне для двух круговых поляризаций питание рамки осуществляют в трех точках напряжениями, сдвинутыми по фазе 120^o, причем режимы питания для двух круговых поляризаций и взаимную развязку входов поляризаций осуществляют отрезками коаксиальных линий, образующих кольцевую рамку. 1 ил.

Рамочная антенна для двух круговых поляризаций, содержащая кольцо, выполненное из коаксиальной линии, отличающаяся тем, что кольцо выполнено из дуговых отрезков коаксиальной линии по 120^o и поддерживается над металлическим основанием трубчатыми опорами, при этом возбуждение кольца осуществляют в трех точках напряжения, сдвинутыми по фазе на 120^o, по дуговым отрезкам коаксиальной линии и по коаксиальным линиям, размещенным в трубчатых опорах.