МАЛОГАБАРИТНАЯ МНОГОЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА Российский патент 2001 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.

Недостатком конструкции является большая масса антенны, затрудняющая ее монтаж-демонтаж, что ограничивает область применения антенны.

Известна антенна [2] для корабельного радара с тонкими металлизированными пластинами 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, что позволяет использовать ее в качестве антенны выносного действия на плавучих средствах различного назначения.

Недостатком устройства является невысокая механическая прочность антенны. Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является малогабаритная многощелевая антенна [3]. Антенна по прототипу содержит прямоугольный волновод с излучающими щелями в его узкой стенке, разделенными экранирующими перегородками, и расходящиеся пластины рупора, обрамляющие волновод по всей активной длине. В раскрыве рупора указанной антенны установлен выпуклый вкладыш из пенопласта, покрытого снаружи слоем сферопласта. Пластины рупора имеют металлизированные внутренние поверхности и выполнены из полимерных материалов различной прочности: нижняя, несущая пластина, выполнена из капролона, а верхняя - из пенопласта. Обе пластины снабжены ребрами жесткости, которые образованы стенками выемок, выполненных с наружной стороны пластин, а сверху ребер жесткости на антенне расположен защитный кожух из перфорированного металлического листа, охватывающего обе пластины и тыльную сторону антенны и покрытого стеклотканью. Кроме этого, нижняя пластина рупора имеет симметричные выступы с резьбовыми втулками для крепления установочного кронштейна. Узел сочленения волноводных фланцев антенны и приемопередатчика выполнен в виде специальной гайки с клиновидным фиксатором.

Достоинством антенны по прототипу является малая масса, сочетающаяся с высокой надежностью узла крепления антенны, что позволяет использовать ее в качестве выносной антенны, преимущественно, на подводных аппаратах при их всплытии и других плавучих средствах с невысокой скоростью передвижения.

Недостатком прототипа является низкая изгибная жесткость антенны и недостаточная механическая прочность, приводящие к возникновению вибраций при установке антенны на быстроходном носителе (например, катере).

Задачей изобретения является снижение массогабаритных характеристик антенны, увеличение изгибной жесткости и механической прочности конструкции и упрощение технологии изготовления антенны.

Уменьшение габаритных размеров антенны и повышение изгибной жесткости достигается применением излучающего волновода, состоящего из двух соединенных в центре антенны отрезков, расположенных под тупым углом один к другому и развернутых в сторону излучения антенны.

Для повышения механической прочности антенны предлагается оригинальная конструкция вывода соединительного волновода, расположенного в центре антенны внутри держателя, жестко соединенного с пластинами рупора и излучающим волноводом.

Сущность изобретения заключается в том, что в малогабаритной многощелевой антенне, содержащей прямоугольный волновод с излучающими щелями, обрамленный по всей активной длине расходящимися пластинами рупора, выпуклый вкладыш из радиопрозрачного материала, установленный в раскрыве рупора, защитный кожух и соединительный волновод с фланцем, расположенным в узле крепления антенны к приемопередатчику, включающем накидную гайку, прямоугольный волновод состоит из двух отрезков, которые развернуты в направлении излучения антенны под углом 86^o±20' относительно оси диаграммы направленности антенны и в месте соединения одного с другим соединены также с соединительным волноводом, который подведен к нижней стенке прямоугольного волновода, пластины рупора выполнены из металла и жестко закреплены на держателе, который выполнен в виде протяженной пластины фигурного профиля, с окнами для пайки и патрубком в центральной части, в котором размещен соединительный волновод, соответствующие участки протяженной пластины держателя скреплены с нижней пластиной рупора и нижней стенкой прямоугольного волновода, а ее верхний край жестко соединен с краем горизонтального участка верхней пластины рупора, который закреплен на верхней стенке прямоугольного волновода, боковая поверхность фланца соединительного волновода жестко скреплена с внутренней стенкой горловины патрубка, а к контактной поверхности, образованной нижними стенками фланца и горловины патрубка, присоединен переходник с центральным сквозным отверстием по размеру сечения соединительного волновода, расположенный внутри накидной гайки.

Кроме этого, в верхней стенке прямоугольного волновода напротив места его соединения с соединительным волноводом установлен стержень электромагнитной связи волноводов.

Кроме этого, на наружных сторонах пластин рупора и с тыльной стороны прямоугольного волновода закреплены накладки из пенопласта, имеющие каплевидную форму наружных поверхностей в поперечном сечении антенны, а защитный кожух выполнен из слоев стеклоткани, скрепленных эпоксидной смолой.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены;
фиг. 1 - малогабаритная многощелевая антенна;
фиг. 2 - антенна, вид сверху;
фиг. 3 - конструкция держателя;
фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 1.

Как показано на фиг. 1, устройство состоит из собственно антенны 1 и узла 2 крепления антенны к приемопередатчику (не показан).

Антенна 1 содержит прямоугольный волновод 3, состоящий из двух одинаковых отрезков, соединенных в центре антенны с разворотом в сторону излучения антенны каждый под углом 86^o±20' относительно оси диаграммы направленности антенны, как показано на фиг. 2. В узкой стенке волновода 3 выполнены излучающие щели 4, расположенные наклонно и с переменным шагом. В концах волновода 3 установлены поглотители 5.

Волновод 3 обрамлен по всей своей активной длине расходящимися пластинами 6, 7 из металла (преимущественно, латуни), образующими рупор антенны. Толщина пластин составляет 0,5-1 мм.

Верхняя пластина 6 рупора имеет горизонтальный участок 8, который закреплен пайкой на верхней стенке волновода 3. Для улучшения качества пайки на участке 8 могут быть выполнены окна (не показаны).

Волновод 3 и рупор установлены на держателе, конструкция которого представлена на фиг. 3, 4. Держатель выполнен в виде протяженной пластины 9 фигурного профиля с патрубком 10 в центральной части и двумя рядами окон 11, 12, которые предназначены для соединения пайкой соответствующих участков пластины 9 с нижней пластиной 7 рупора (окна 11) и нижней стенкой волновода 3 (окна 12). Верхний край вертикальной стенки пластины 9, расположенной с тыльной стороны волновода 3, жестко скреплен пайкой по всей его длине с краем горизонтального участка 8 верхней пластины 6 рупора.

Внутри патрубка 10 размещен соединительный волновод 13 круглого сечения с фланцем 14, боковая стенка которого припаяна к внутренней стенке горловины 15 патрубка. Второй конец волновода 13 подведен к отверстию в нижней стенке волновода 3 в центре антенны и соединен с волноводом 3 пайкой по периметру. Напротив волновода 13 в верхней стенке волновода 3 установлен стержень 16 электромагнитной связи волноводов, предназначенный для согласования электромагнитных характеристик волноводов 3, 13.

На наружных сторонах пластин 6, 7 рупора и вертикальной стенки пластины 9 держателя закреплены (приклеены) накладки 17 из пенопласта, например, марки ПС-200. Накладки 17 имеют выпуклую форму наружных поверхностей, которые плавно сопряжены друг с другом и образуют каплевидную форму поперечного сечения антенны 1 (см. фиг. 4). В раскрыве рупора установлен выпуклый вкладыш 18 из радиопрозрачного материала, например сферопласта, которые представляет собой мелкие стеклянные шарики (стеклосферы марки МСО-А9, ТУ6-11-367-75), связанные эпоксидным компаундом. Снаружи антенна покрыта двумя слоями стеклоткани с применением эпоксидной смолы, которые образуют защитный кожух 19 антенны. Излучающая часть антенны (вкладыш 18) покрыта одним слоем стеклоткани.

Узел 2 крепления антенны 1 к приемопередатчику содержит горловину 15 патрубка с помещенным в нее фланцем 14, нижние стенки которых образуют первую контактную поверхность узла 2, скрепленную с переходником 20, удерживающим накидную гайку 21, которая служит для закрепления узла 2 на приемопередатчике.

Переходник 20 закреплен винтами 22 на горловине 15 патрубка. Для защиты первой контактной поверхности от попадания влаги в месте соединения фланца 14 с горловиной 15 на переходнике закреплена (приклеена) герметизирующая прокладка 23. В средней части переходника 20 выполнено центральное сквозное отверстие 24 круглого сечения, равного сечению соединительного волновода 13. В нижней стенке переходника 20, которая служит второй контактной поверхностью узла 2, выполнены глухие отверстия 25 под штифты, принадлежащие волноводному фланцу приемопередатчика (не показаны) и расположенные с двух сторон отверстия 24. Кроме этого, на второй контактной поверхности закреплена вторая герметизирующая прокладка 26. Гайка 21, охватывающая переходник 20, снабжена уплотнительным кольцом 27 и шайбой 28 из антифрикционного материала (латунь, бронза, нержавеющая сталь).

При изготовлении антенны 1 соединяют пайкой косые срезы отрезков волновода 3, закрепляют на верхней стенке волновода 3 верхнюю пластину 6 рупора, а затем припаивают соединительный волновод 13. Вводят в патрубок 10 держателя соединительный волновод 13, после чего припаивают к пластине 9 держателя нижнюю пластину 7 рупора через окна 11, а через окна 12 закрепляют на держателе нижнюю стенку волновода 3. Запаивают горизонтальным швом место стыка вертикальной стенки пластины 9 держателя с горизонтальным участком 8 верхней пластины 6 рупора. Закрепляют фланец 14 в горловине 15 патрубка. В процессе пайки используют оловянно-свинцовые или железомарганцевые сплавы.

После шлифовки контактной поверхности фланца 14 и горловины 15 патрубка прикрепляют к ней винтами 22 переходник 20 с надетой на него гайкой 21. При этом проверяют соосность центрального отверстия 24 переходника отверстию фланца 14 соединительного волновода.

Устанавливают поглотители 5 в волновод, после чего производят настройку антенны. Для этого присоединяют нижнюю контактную поверхность переходника 20 к волноводному фланцу запитывающего устройства, вводя штифты-ловители в глухие отверстия 25, затем завинчивают гайку 21. Настройку осуществляют перемещением стержня 16, который после согласования волноводного тракта припаивают к пластине 6 рупора.

Устанавливают в раскрыве рупора вкладыш 18, закрепляют эпоксидной смолой накладки 17 из пенопласта, затем оборачивают антенну в области накладок двумя слоями стеклоткани с применением эпоксидной смолы, а в области раскрыва рупора - одним слоем стеклоткани.

В процессе эксплуатации антенну устанавливают на приемопередатчик аналогично ее установке при настройке.

Преимуществом предлагаемой конструкции является компактное исполнение антенны, высокая технологичность процесса изготовления и простота обслуживания при монтаже и демонтаже радиолокационной системы.

Предлагаемая форма излучающего волновода позволяет повысить изгибную жесткость антенны за счет уменьшения ее протяженности и, кроме этого, предоставляет большие возможности по сравнению с известными аналогами для регулирования характеристик электромагнитного поля антенны ввиду того, что излучающие щели расположены навстречу друг другу относительно электрической оси антенны.

Стабильность конструктивных параметров антенны обеспечивается высокой прочностью сплошного соединения поверхностей излучающего волновода и пластин рупора с держателем. Патрубок, расположенный в центре протяженной пластины держателя, вертикальная стенка и отбортовка по нижнему краю служат элементами жесткости конструкции и образуют прочное поддерживающее устройство для протяженной антенны, позволяющее использовать антенну без кронштейна. При увеличении длины антенны жесткость держателя может быть дополнительно увеличена введением буртиков вокруг окон 11, изменением формы окон и т.п.

Обтекаемая форма антенны, наличие защитного кожуха из стеклоткани позволяют использовать антенну при любых погодных условиях без опасности ухудшения ее характеристик.

Улучшение эксплуатационных характеристик достигается также простотой и надежностью узла крепления антенны к приемопередатчику, контактные поверхности которого защищены от попадания влаги и пыли герметизирующими прокладками. Использование уплотнительного кольца в сочетании с шайбой из антифрикционного материала повышает долговечность узла.

Таким образом, предлагаемая конструкция антенны имеет небольшие габаритные размеры и массу при высокой механической прочности и стабильности параметров, позволяет упростить технологию изготовления антенны, сократить время установки-демонтажа антенны и тем самым обеспечить качественную работу радиолокационной станции плавучего средства независимо от скорости его передвижения и погодных условий.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемая малогабаритная многощелевая антенна может быть изготовлена из известных материалов на базе существующего технологического оснащения производства и применена в качестве выносной или стационарной антенны навигационной РЛС плавучего средства ограниченного водоизмещения. Опытный образец антенны предлагаемой конструкции, изготовленный согласно приведенному описанию и чертежам, успешно прошел испытания на вибропрочность и влагозащиту.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1587612, МПК H 01 Q 13/10, опубл. 04.07.88.

2. Акцептованная заявка Японии N 63-206006, МПК H 01 Q 13/02, опубл. 25.08.88.

3. Патент РФ N 2127013, МПК H 01 Q 13/10, опубл. 27.02.99, прототип.

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к конструкции многощелевой антенны для малогабаритной навигационной ВЛС плавучего средства ограниченного водоизмещения. Техническим результатом изобретения является снижение массогабаритных характеристик антенны, увеличение изгибной жесткости и механической прочности конструкции и упрощение технологии изготовления 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, выпуклый вкладыш из радиопрозрачного материала, установленный в раскрыве рупора, защитный кожух и соединительный влолновод с фланцем, расположенным в узле крепления антенны к приемопередатчику, включающем накидную гайку, прямоугольный волновод состоит из двух отрезков, которые развернуты в направлении излучения антенны под углом 86°± 20' относительно оси диаграммы направленности антенны и в месте соединения одного с другим соединены также с соединительным волноводом, который подведен к нижней стенке прямоугольного волновода, пластины рупора выполнены из металла и жестко закреплены на держателе, который выполнен в виде протяженной пластины фигурного профиля, с окнами для пайки и патрубком в центральной части, в котором размещен соединительный волновод, соответствующие участки протяженной пластины держателя скреплены с нижней пластиной рупора и нижней стенкой прямоугольного волновода, а ее верхний край жестко соединен с краем горизонтального участка верхней пластины рупора, который закреплен на верхней стенке прямоугольного волновода, боковая поверхность фланца соединительного волновода жестко скреплена с внутренней стенкой горловины патрубка, а к контактной поверхности, образованной нижними стенками фланца и горловины патрубка, присоединен переходник с центральным сквозным отверстием по размеру сечения соединительного волновода, расположенный внутри накидной гайки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Малогабаритная многощелевая антенна, содержащая прямоугольный волновод с излучающими щелями, обрамленный по всей активной длине расходящимися пластинами рупора, выпуклый вкладыш из радиопрозрачного материала, установленный в раскрыве рупора, защитный кожух и соединительный волновод с фланцем, который расположен в узле крепления антенны к приемопередатчику, включающем накидную гайку, отличающаяся тем, что прямоугольный волновод состоит из двух одинаковых отрезков, которые развернуты в направлении излучения антенны и в месте соединения одного с другим скреплены также с соединительным волноводом, который подведен к нижней стенке прямоугольного волновода, пластины рупора выполнены из металла и закреплены на держателе, который выполнен в виде протяженной пластины фигурного профиля с окнами для пайки и патрубком в центральной части в котором размещен соединительный волновод, соответствующие участки протяженной пластины держателя скреплены с нижней пластиной рупора и нижней стенкой прямоугольного волновода, а ее верхний край жестко скреплен с краем горизонтального участка верхней пластины рупора, который закреплен на верхней стенке прямоугольного волновода, боковая поверхность фланца соединительного волновода жестко скреплена с внутренней стенкой горловины патрубка, а к контактной поверхности, образованной нижними стенками фланца и горловины патрубка, присоединен переходник с центральным сквозным отверстием по размеру сечения соединительного волновода, расположенный внутри накидной гайки. 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что отрезки прямоугольного волновода расположены каждый под углом 86^o ± 20' относительно оси диаграммы направленности антенны. 3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что в верхней стенке прямоугольного волновода напротив места его соединения с соединительным волноводом установлен стержень электромагнитной связи волноводов. 4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что на наружных сторонах пластин рупора и с тыльной стороны прямоугольного волновода расположены накладки из пенопласта, имеющие в поперечном сечении антенны каплевидную форму наружных поверхностей, а защитный кожух выполнен из слоев стеклоткани, скрепленных эпоксидной смолой.