МАЛОГАБАРИТНАЯ МНОГОЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА Российский патент 1999 года по МПК H01Q13/10 

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к конструкции многощелевой антенны для малогабаритной радиолокационной системы (РЛС) плавучего средства ограниченного водоизмещения.

Известна конструкция линейной волноводно-щелевой антенны [1] для малогабаритной РЛС бокового обзора и судовых РЛС. Антенна содержит отрезок прямоугольного волновода с поперечными излучающими щелями и две закрепленные на стенке волновода в плоскости раскрыва излучающих щелей металлические пластины, образующие излучающий рупор антенны. Такая антенна, как правило, конструктивно совмещена с приемопередатчиком, устанавливается стационарно на наружной поверхности плавучего средства и не ограничена в массогабаритных характеристиках. Надежность электрического контакта и постоянство параметров антенны обеспечиваются жесткостью конструктивных элементов антенны, изготовленных из металлических сплавов.

В то же время, при оборудовании навигационными РЛС плавучих объектов ограниченного водоизмещения, например подводных аппаратов, возникает необходимость в разработке быстросъемных конструкций антенн, которые используются в надводном положении плавучего средства и убираются при его погружении в воду. При этом для эффективного использования РЛС антенна должна иметь простой и надежный узел крепления с приемопередатчиком, обеспечивающий быстрое развертывание и демонтаж РЛС и, кроме того, при небольших массогабаритных характеристиках обладать стабильностью конструктивных параметров, т.е. достаточной механической прочностью.

Известна антенна [2] для корабельного радара с тонкими металлизированными стенками электромагнитного рупора, расположенного перед щелевым волноводом. В качестве армирующего элемента антенны используется приклеенный к стенкам рупора с внутренней стороны полистирол, обладающий низкой диэлектрической проницаемостью и целиком заполняющий рупор. Перед щелевым волноводом расположена укрепленная в горле рупора сетка для подавления волн определенной поляризации. Антенна отличается легкостью и достаточной стабильностью конструктивных параметров.

Недостатком устройства является слабая развязка излучающих щелей и отсутствие средств защиты зоны электрического контакта рупора с волноводом от механических повреждений.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения принята многощелевая антенна [3], которая содержит прямоугольный волновод со щелями, расположенными с определенным интервалом в узкой стенке волновода, металлические пластины рупора, формирующего диаграмму направленности излучения в плоскости, перпендикулярной к поверхности узкой стенки волновода, а также экранирующие металлические перегородки для подавления паразитных поляризованных составляющих, которые установлены между щелями и скреплены с верхней поверхностью волновода и внутренними поверхностями пластин рупора.

Устройство-прототип обладает высокой механической прочностью, обеспечивает стабильность конструктивных и электрических параметров благодаря жесткому креплению элементов и использованию твердых металлических сплавов.

Недостатком устройства-прототипа является большая масса металлической конструкции, требующая и усиленной поддерживающей опоры для антенны, что не согласуется с требованием удобства переноса и простоты установки - демонтажа антенн выносного типа, используемых в навигационных РЛС плавучих средств ограниченного водоизмещения.

Задачей изобретения является снижение массы антенны с одновременным обеспечением механической прочности конструкции и повышением надежности электрического контакта между излучающим волноводом и пластинами рупора.

Снижение массы предлагаемой конструкции достигается разделением антенны на функциональную и несущую части, выполненные из конструкционных материалов различной плотности, а улучшение электрического контакта - введением дополнительных стягивающих элементов, обеспечивающих постоянное прижатие пластин рупора к токопроводящим участкам волновода. Кроме этого, предлагается новая конструкция узла соединения волноводных фланцев антенны и приемопередатчика, обеспечивающая простоту установки - демонтажа антенны.

Сущность изобретения заключается в том, что в малогабаритной многощелевой антенне, содержащей прямоугольный волновод с излучающими щелями, обрамленный по всей активной длине расходящимися пластинами рупора, и экранирующие перегородки, соединенные со стенкой волновода и внутренними токопроводящими поверхностями пластин рупора, пластины рупора выполнены из полимерного материала с металлизированной внутренней поверхностью, снабжены ребрами жесткости, поверх которых расположена защитная оболочка, и дополнительно стянуты посредством шпилек, пропущенных через отверстия в экранирующих перегородках, при этом узел стыковки антенны с приемопередатчиком содержит разъемную гайку из двух одинаковых симметрично расположенных относительно оси волновода половин, снабженных диаметрально расположенными выступами, которые с одной стороны гайки неразъемно скреплены с неподвижной рукояткой, а с другой стороны гайки выполнены с продольным разрезом, выше которого соединены посредством осевого крепления поворотной рукоятки, а указанная рукоятка имеет нижний выступ с трапециевидной выемкой, расположенной на уровне разомкнутых с зазором нижних концов разрезных выступов гайки, наружные поверхности которых скошены под углом, соответствующим наклону стенок трапециевидной выемки поворотной рукоятки.

При этом верхняя пластина рупора выполнена из пенопласта, нижняя - из капролона, а в раскрыве рупора установлен вкладыш из радиопрозрачного материала. На нижней пластине рупора выполнены симметричные выступы с резьбовыми втулками для крепления установочного кронштейна антенны.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг. 1 - малогабаритная многощелевая антенна;
фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
фиг. 3 - узел стыковки антенны с приемопередатчиком;
фиг. 4 - узел сцепления поворотной рукоятки с выступами разъемной гайки.

Как показано на фиг. 1, устройство состоит из собственно антенны 1, установочного кронштейна 2 и узла 3 стыковки антенны с приемопередатчиком (показан пунктиром).

Антенна 1 (см. фиг. 2) содержит прямоугольный волновод с излучающими щелями 5, выполненными в его узкой стенке, установленные между щелями 5 разделительные экранирующие перегородки 6 и наклонные пластины 7 и 8, обрамляющие волновод 4 по всей активной длине, образуя рупор антенны 1. В раскрыве рупора установлен вкладыш 9 из радиопрозрачного материала. Пластины 7 и 8 рупора снабжены ребрами 10 жесткости, поверх которых расположена защитная оболочка 11 антенны. С внутренней стороны пластины 7 и 8 покрыты проводящими металлическими слоями 12 и 13, например, из приклеенной к пластинам фольги. Горизонтальные участки пластин 7 и 8 рупора, расположенные с торца волновода 4, скреплены рядом винтов 14. Кроме этого перед излучающей стенкой волновода 4 установлен ряд дополнительных крепежных элементов в виде шпилек 17, которые пропущены через сквозные отверстия в разделительных экранирующих перегородках 6 и выведены на горизонтальные полочки 18 и 19, расположенные снаружи пластин 7 и 8. Для установки антенны 1 на кронштейне 2 на нижней несущей пластине 8 рупора выполнены симметричные выступы 20 с резьбовыми втулками 21.

Несущая пластина 8 антенны 1 выполнена из легкого прочного материала типа капролона. Пластина 7, подверженная меньшим нагрузкам по сравнению с несущей, изготовлена из пенопласта. Обе пластины представляют собой решетчатую конструкцию, имеющую высокую изгибную прочность в сочетании с малой массой. Защитная оболочка 11 антенны 1 выполнена из нескольких слоев стеклоткани с применением эпоксидной смолы. Поверхность радиопрозрачного вкладыша 9 покрыта одним слоем стеклоткани.

Внизу установочного кронштейна 2 расположен узел 3 стыковки волноводных фланцев антенны и приемопередатчика. Узел 3 (см. фиг. 3) представляет собой разъемную гайку, выполненную из двух одинаковых, симметричных относительно оси волновода 4, половин 20 и 21 и опирающуюся своим плечом 22 на удлиненный фланец, принадлежащий волноводу 4 антенны 1. Гайка снабжена диаметрально расположенными выступами 23 и 24 для крепления неподвижной и поворотной рукояток 25 и 26, соответственно. Неподвижное крепление рукоятки 25 обеспечивается посредством болтового и винтового соединений. Со стороны поворотной рукоятки 26 выступы 24 обеих половин гайки снабжены продольным разрезом 27, выше которого расположено осевое крепление 28 рукоятки 26. В нижней части рукоятки 26 выполнен выступ 29 с трапециевидной выемкой 30 (см. фиг. 4), на уровне которой расположены нижние концы 31 выступов 24 гайки, выполненных с продольным разрезом. Внутренние поверхности нижних концов 31 выступов 24 расположены с небольшим зазором В, а наружные скошены под углом альфа, соответствующим наклону стенок выемки 30 рукоятки 26. Разъемную гайку изготавливают при совместно скрепленных и заштифтованных половинах 20 и 21.

Устройство используют следующим образом. Устанавливают антенну 1 на приемопередатчик. Охватывают половинами 20 и 21 разъемной гайки контактные фланцы с упором плеча 22 о фланец антенны 1. Выполняют винтовые, штифтовые и осевое соединения выступов 23 и 24 гайки. Сжимают контактные фланцы поворотом гайки, а после их затяжки опускают поворотную рукоятку 26 вниз. При этом разрезной выступ 29 рукоятки 26 наползает на нижние клиновидные выступы 31 гайки и, по мере движения вниз, сжимает их до перекрытия зазора B. Гайка охватывает своими витками ответную резьбовую часть приемопередатчика и стопорится. Угол альфа выбирается с учетом самоторможения, а величина зазора B - с некоторым запасом перекрытия зазора в сочетании болт - гайка.

Снижение массы антенны при одновременном обеспечении прочности и постоянства конструктивных параметров достигается разделением конструкции на функциональную и несущую части. Верхняя часть антенны несет только функциональную нагрузку (антенную), а нижняя - силовую и функциональную. Поэтому пластина 7 выполнена из легкого материала - пенопласта (плотность - 0,2 г/см³), а пластина 8 - из легкого, но прочного капролона (плотность - 1,16 г/см³). Такой материал, как капролон, допускает нарезание резьб и по прочности близок к легким металлическим сплавам. Для облегчения пластины 7 и 8 перфорированы с сохранением необходимой толщины в местах расположения ребер 10 жесткости. Поверхности пластин, соприкасающиеся с волноводом 4, металлизированы слоями 12 и 13 токопроводящего материала, например металлической фольги, приклеенной к пластинам.

Надежность электрического контакта пластин 7 и 8 рупора с волноводом 4 обеспечивается использованием стягивающих винтов 14 и шпилек 17. Последние проходят через экранирующие перегородки 6, не оказывая влияния на диаграмму направленности антенны, поскольку боковые стороны перегородок 6 металлизированы. Шпильки 17, стягивая пластины 7 и 8, создают электрический контакт между волноводом 4 и металлизированными слоями 12 и 13 пластин 7 и 8. Механическое крепление пластин и волновода 4 обусловливает жесткость конструкции, тем самым обеспечивая стабильность параметров антенны.

Конструкция узла 3 крепления, состоящего из разъемной гайки и удлиненного по высоте контактного фланца антенны обеспечивает надежное соединение с приемопередатчиком без использования дополнительной стопорящей гайки с его стороны.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает небольшую массу антенны, а также сохранение ее прочности и стабильности конструктивных параметров при механических воздействиях. Простота и надежность крепления антенны без использования дополнительных стопорящих деталей сокращают время установки - демонтажа антенны, тем самым повышая эксплутационные характеристики РЛС.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемая малогабаритная многощелевая антенна может быть изготовлена согласно приведенным чертежам и описанию из известных материалов и на базе существующего технологического оснащения производства и использована при оборудовании навигационными РЛС плавучих средств ограниченного водоизмещения.

Список литературы
1. Авторское свидетельство СССР N 1587612, МПК H O1 Q 13/10, публикация 04.07.88.

2. Акционерная заявка Японии N 63-206006, МПК H O1 Q 13/02, публикация 25.08.88.

3. Акционерная заявка Японии N 59-27527, МПК H O1 Q 13/12, публикация 06.07.84, прототип.

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к конструкции многощелевой антенны для малогабаритной радиолокационной системы (РЛС) плавучего средства ограниченного водоизмещения. Задачей изобретения является снижение массы антенны с одновременным обеспечением механической прочности конструкции и повышением надежности электрического контакта между излучающим волноводом и пластинами рупора. Снижение массы предлагаемой конструкции достигается разделением антенны на функциональную и несущую части, выполненные из конструкционных материалов различной плотности, а улучшение электрического контакта - введением дополнительных стягивающих элементов, обеспечивающих постоянное прижатие пластин рупора к токопроводящим участкам волновода. Кроме этого, предлагается новая конструкция узла соединения волноводных фланцев антенны и приемопередатчика, обеспечивающая простоту установки - демонтажа антенны. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Малогабаритная многощелевая антенна, содержащая прямоугольный волновод с излучающими щелями, обрамленный по всей активной длине расходящимися пластинами рупора, и экранирующие перегородки, соединенные со стенкой волновода и внутренними токопроводящими поверхностями пластин рупора, отличающаяся тем, что пластины рупора выполнены из полимерного материала с металлизированной внутренней токопроводящей поверхностью, снабжены ребрами жесткости, поверх которых расположена защитная оболочка, и дополнительно стянуты посредством шпилек, пропущенных через отверстия в экранирующих перегородках, при этом узел стыковки антенны с приемопередатчиком содержит разъемную гайку из двух одинаковых симметрично расположенных половин, снабженных диаметрально расположенными выступами, которые с одной стороны гайки неразъемно скреплены с неподвижной рукояткой, а с другой стороны гайки выполнены с продольным разрезом, выше которого соединены посредством осевого крепления поворотной рукоятки, а указанная рукоятка имеет нижний выступ с трапециевидной выемкой, расположенной на уровне разомкнутых с зазором нижних концов выступов гайки, выполненных с продольным разрезом, наружные поверхности которых скошены под углом, соответствующим наклону стенок трапециевидной выемки поворотной рукоятки. 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что верхняя пластина рупора выполнена из пенопласта, нижняя - из капролона, а в раскрыве рупора установлен вкладыш из радиопрозрачного материала, при этом на нижней пластине рупора выполнены симметричные выступы с резьбовыми втулками для крепления установочного кронштейна антенны.