АНТЕННА Российский патент 2003 года по МПК H01Q13/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве самостоятельного излучателя, облучателя зеркальной или линзовой антенны, а также излучателя антенной решетки.

Известны антенны, выполненные в виде рупора, кромка которого имеет зубчатую структуру случайного [1] или периодического [2, 3] характера. Эти антенны имеют невысокий коэффициент отражения от раскрыва рупора в узком диапазоне частот.

Известна также антенна, выполненная в виде рупора, кромка которого срезана по двум или более спиралям со встречным направлением вращения, причем высота ступенек между спиралями равна четверти длины средней волны диапазона [4] . В узком диапазоне частот (единицы процентов) указанная антенна имеет также низкий коэффициент отражения от раскрыва рупора.

Цель предлагаемого изобретения - уменьшение коэффициента отражения от раскрыва рупора в широком диапазоне частот.

Для решения поставленной задачи у рупора, кромка которого имеет ступенчатую структуру с высотой ступенек, равной четверти длины средней волны диапазона, срезы кромки выполнены по трем плоскостям, перпендикулярным оси рупора, причем угловой размер участка кромки, срезанного по дальней от горловины рупора плоскости составляет 1,0÷1,1 углового размера участка кромки, срезанного по ближней к горловине рупора плоскости, и в сумме они составляют 1,0÷1,2 углового размера участка кромки, срезанной по центральной плоскости. Дополнительное уменьшение коэффициента отражения от раскрыва рупора достигается тем, что на каждой ступеньке кромки рупора выполнена периодическая зубчатая структура с высотой зубцов, равной нечетному числу половин длин средней волны диапазона, при этом количество зубцов на каждой из крайних ступенек вдвое меньше количества зубцов, чем на центральной ступеньке.

На фиг. 1 в трех проекциях изображена предлагаемая антенна без дополнительной зубчатой структуры. На фиг.2 в трех проекциях изображена предлагаемая антенна с дополнительной зубчатой структурой. На фиг.3 изображены зависимости от длины волны модуля коэффициента отражения от раскрыва рупора.

Антенна (фиг.1) выполнена в виде рупора 1, сопряженного с питающим волноводом 2. Кромка рупора 1 имеет ступенчатую структуру с высотой ступенек, равной четверти длины средней волны диапазона. Срезы 3, 4, 5 кромки выполнены по трем плоскостям, перпендикулярным оси 6 рупора 1. Угловой размер 7 участка 3 кромки, срезанной по дальней от горловины 8 рупора 1 плоскости, составляет 1,0÷1,1 углового размера 9 участка 4 кромки, срезанной по ближней к горловине 8 рупора 1 плоскости, и в сумме они составляют 1,0÷1,2 углового размера 10 участка 5 кромки, срезанного по центральной плоскости.

Дополнительное уменьшение коэффициента отражения от раскрыва рупора 1 достигается в антенне (фиг.2) с дополнительной периодической зубчатой структурой 11 на каждой ступеньке среза кромки рупора 1. Высота зубцов равна нечетному числу половин длин средней волны диапазона, причем количество зубцов на ближней и дальней от горловины рупора ступеньках кромки вдвое меньше количества зубцов на центральной ступеньке.

Работает антенна следующим образом. Энергия, распространяющаяся от питающего волновода 2 в рупор 1, в основном излучается в свободное пространство, а также возбуждает кромку рупора. Кромка рупора является, таким образом, источником вторичных, рассеянных волн, которые частично излучаются в пространство, а частично возвращаются в питающий волновод 2. В питающем волноводе 2, таким образом, существуют падающие и отраженные волны. Отношение напряженностей отраженных и падающих волн выражается через - комплексные коэффициенты отражения соответственно от срезов 3, 4, 5 кромки. Тогда результирующий коэффициент отражения от кромки рупора будет Модули коэффициентов отражения от срезов 3, 4, 5 кромки рупора 1 пропорциональны угловым размерам срезов 3, 4, 5 кромки и обратно пропорциональны длине образующей l₃, l₄, l₅ от вершины до соответствующего участка (ступеньки) рупора. Если полуволновый скачек между крайними ступеньками лежит либо в плоскости поляризации питающего волновода либо в плоскости, перпендикулярной плоскости поляризации питающего волновода, то подбор углового размера 7 участка кромки 3, срезанного по дальней от горловины 8 рупора 1 плоскости, в 1,0÷1,1 раза больше углового размера 9 участка 4 кромки, срезанной по ближней к горловине 8 рупора 1 плоскости, позволяет получить равные по модулю коэффициенты отражения от указанных ступенек. Превышение их суммарного углового размера в 1,0÷1,2 раза над угловым размером 10 участка кромки 5, срезанного по центральной плоскости, позволяет получить суммарный коэффициент отражения от крайних ступенек по модулю 1,0+m раз больше модуля коэффициента отражения от центральной ступеньки, где m=0÷0,2.

Таким образом

Так как в соотношении с формулой изобретения



то

или

На фиг.3 приведены зависимости от частоты модуля коэффициента отражения от кромки рупора. Диаметр раскрыва рупора равен 5 λ_ср, высота рупора 10,5 λ_ср. Кривые 12, 13, 14 - расчетные соответственно для рупоров c m=0, m=0,l и рупора прототипа. Кривая 15 (точками) построена по результатам измерений коэффициента отражения предлагаемого рупора.

Дополнительное уменьшение коэффициента отражения от раскрыва рупора за счет дополнительной периодической зубчатой структуры 11 (фиг.2) обусловлено уменьшением модулей коэффициентов отражения от соответствующих участков 3, 4, 5 кромки. Отраженные волны от зубцов формируются сторонами и вершинами зубцов. Волны, формируемые вершинами зубцов, сферические - быстро затухающие. Так как высота зубцов равна нечетному числу половин длин средней волны диапазона, то каждой точке стороны зубца найдется точка, от которой отраженные волны приходят в питающий волновод в противофазе. Тем самым от всех сторон зубцов на каждой из ступенек суммарная отраженная волна компенсируется в питающем волноводе.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 353633 МПК H 01 Q 13/00, 15/00, 1973 г.

2. Авторское свидетельство СССР 985863 МПК H 01 Q 13/00, 1982 г.

3. Авторское свидетельство СССР 1190438 МПК H 01 Q 13/02, 1985 г.

4. Авторское свидетельство СССР 247361 МПК H 01 Q 13/02, 1969 г.

Предлагаемая антенна может быть использована в качестве самостоятельного излучателя, облучателя зеркальной или линзовой антенны, а также излучателя антенной решетки. Техническим результатом является низкий уровень коэффициента отражения от раскрыва в широком диапазоне частот. Антенна выполнена в виде рупора, кромка которого состоит из трех ступенек, лежащих в трех параллельных плоскостях, перпендикулярных оси рупора. Высота ступенек равна четверти длины средней волны диапазона, а угловой размер дальней от горловины рупора ступеньки составляет 1,0-1,2 углового размера ближней к горловине рупора ступеньки, и в сумме они составляют 1,0-1,2 углового размера центральной ступеньки. Дополнительное уменьшение коэффициента отражения от раскрыва рупора достигается выполнением дополнительной зубчатой структуры на каждой ступеньке с высотой зубцов, равной нечетному числу половин длин средней волны диапазона. При этом количество зубцов на каждой из крайних ступенек вдвое меньше количества зубцов на центральной ступеньке. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Антенна, выполненная в виде рупора, кромка которого имеет ступенчатую структуру с высотой ступенек, равной четверти длины средней волны диапазона, отличающаяся тем, что срезы кромки выполнены по трем плоскостям, перпендикулярным оси рупора, при этом угловой размер участка кромки, срезанного по дальней от горловины рупора плоскости, составляет 1,0÷1,1 углового размера участка кромки, срезанного по ближней к горловине рупора плоскости, и в сумме они составляют 1,0÷1,2 углового размера участка кромки, срезанного по центральной плоскости. 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что на каждой ступеньке кромки рупора выполнена зубчатая структура с высотой зубцов, равной нечетному числу половин длин средней волны диапазона, причем количество зубцов на каждой из крайних ступенек вдвое меньше количества зубцов на центральной ступеньке.